患者特异性3D打印颈动脉模型：整合血管结构、血流动力学与内皮响应的创新研究

本研究通过数字光处理（DLP）3D打印技术，首次实现了整合患者特异性颈动脉解剖结构、血流动力学特征（CFD/PIV验证）与内皮细胞（hAECs）和平滑肌细胞（hASMCs）生物响应的微型化模型。该模型在明胶甲基丙烯酰胺（GelMA）水凝胶中成功复现了10 dynes cm?2生理剪切应力下的内皮细胞定向排列差异，并证实颈动脉分叉处低剪切应力区域（<4 dynes cm?2）更易引发单核细胞（U937）粘附，为动脉粥样硬化（atherosclerosis）的个体化研究提供了创新平台。

　　

血管解剖与血流动力学的精准复现
通过相位对比磁共振成像（MRI）数据构建的1:6微型化颈动脉模型，经计算流体力学（CFD）和粒子图像测速（PIV）验证，成功保留了生理性血流特征。在颈总动脉（CCA）区域实现12.95 dynes cm^?2的高剪切应力，而分叉处则形成<4 dynes cm^?2的低剪切涡流区，精准模拟了动脉粥样硬化易发区域的流体特征。

生物墨水优化与机械性能调控
采用明胶甲基丙烯酰胺（GelMA）与胶原蛋白（9:1）复合光敏树脂，通过数字光处理（DLP）打印获得尺寸误差<5%的血管结构。压缩测试显示GelMA-胶原复合物的弹性模量（4 kPa）更接近天然血管，虽较纯GelMA（8 kPa）降低，但显著提升了人主动脉内皮细胞（hAECs）的贴壁率（5倍于传统培养）。

动态共培养系统的创新设计
定制化生物反应器实现双培养基灌注：管腔侧灌注内皮培养基（含VEGF），管壁侧维持平滑肌培养基。人主动脉平滑肌细胞（hASMCs）直接嵌入GelMA基质后存活率达98%，与管腔内皮细胞形成仿生血管壁结构。PrestoBlue检测显示灌注培养7天后代谢活性较静态培养提升3倍。

剪切应力诱导的内皮功能异质性
持续10 dynes cm^?2剪切应力培养4天后，颈总动脉区75%内皮细胞沿血流方向排列，而分叉处仅50%呈现定向性。免疫荧光显示α-SMA⁺平滑肌细胞在管壁基质中形成网状支撑结构，CD31⁺内皮细胞则呈现典型的铺路石样形态。

炎症响应的解剖学依赖性
肿瘤坏死因子-α（TNF-α，10 ng mL^?1）刺激后，分叉处的单核细胞（U937）粘附量较颈总动脉区增加2.3倍，证实低剪切应力区域更易诱发内皮炎症反应。该现象与临床动脉粥样硬化好发部位高度吻合，揭示了血管几何形态通过改变局部血流影响疾病易感性的新机制。

技术突破与转化价值
该模型首次实现患者特异性血管几何、生理剪切应力（10 dynes cm^?2）与细胞响应的三位一体整合。相比传统微流控芯片，其解剖学精度提升40%，内皮细胞覆盖率可达95%，为个体化心血管风险评估和药物测试提供了不可替代的研究平台。未来通过引入搏动性流动和脂质灌注，可进一步模拟斑块形成的全过程。