基于3D打印PLA支架引导的体内自组装技术构建功能性心血管旁路移植物

为解决传统血管移植物来源有限和制备周期长的问题，研究人员通过3D打印可降解PLA支架引导皮下组织自组装，在14天内成功构建具有天然血管生物特性的工程化血管移植物（BTC）。该移植物在腹主动脉置换模型中展现出优异的通畅性、血流动力学性能和血管活性，为心血管旁路手术提供了"即用型"解决方案，显著缩短了传统组织工程血管数月的制备周期。

　　

心血管疾病是全球死亡率最高的疾病，而血管旁路移植术是治疗复杂动脉粥样硬化疾病的"金标准"。然而，传统自体血管移植面临供体来源有限的困境，而合成材料移植物长期通畅率仅约30%。更令人困扰的是，现有组织工程血管技术如脱细胞血管或细胞片技术需要长达数月的体外培养周期，无法满足急诊手术的时效需求。这种"时间与性能"的双重瓶颈严重制约了临床转化。

在这项发表于《Journal of Nanobiotechnology》的研究中，Shiqi Hu团队创新性地提出"支架引导的体内管状组织自组装"策略。研究人员采用3D打印可降解聚乳酸(PLA)支架植入SD大鼠皮下，仅用2周时间就构建出富含宿主细胞和细胞外基质(ECM)的生物工程化管状血管构建物(BTC)。关键技术包括：1）设计网格状多孔PLA支架的数字化建模与高精度打印；2）大鼠皮下植入引导宿主细胞浸润和ECM沉积；3）腹主动脉置换手术评估移植物的功能整合；4）通过超声、Micro-CT和电生理检测等手段系统评价血管性能。

生物化学与生物物理学分析

免疫荧光和组化染色显示，BTC管壁中含有13.2%的单核细胞(CD11b⁺)、31.7%的成纤维细胞(FN⁺)和3.2%的间充质干细胞(CD73⁺)，这些细胞均匀分布并分泌弹性纤维、酸性/中性糖胺聚糖(a/nGAGs)及胶原蛋白。扫描电镜(SEM)显示BTC内外表面纳米纤维形态与天然腹主动脉(AA)高度相似，但缺乏内皮覆盖。

组织样ECM表征

接触角测试揭示BTC表面亲水性通过GAGs化学特性和ECM纳米结构的Wenzel效应协同实现。小角X射线散射(SAXS)显示BTC ECM具有与天然血管相似的长周期有序结构特征。力学测试表明BTC缝合保持强度达1.42±0.2 N，与天然AA(1.36±0.07 N)相当，10次25%形变循环后仍保持90%初始应力。

功能性动脉重建

腹主动脉置换术后24周，BTC维持完整管状结构，钙成像显示其具有1.2 cm/s的钙波传导速度，电刺激下管腔直径最大收缩10%。血流动力学检测显示BTC与自体移植组血管顺应性无显著差异(0.08±0.01 vs 0.09±0.01 mm²/mmHg)。

动态形态转化

时序分析显示BTC移植后经历"管状结构引导-细胞响应-基质重塑"的协调调控过程。24周时HE染色显示BTC形成与自体移植相似的致密血管壁结构，CD31⁺内皮细胞和α-SMA⁺平滑肌细胞分别达到68.3%和72.5%。

GAGs与巨噬细胞的协同作用

阿尔新蓝(AB)和过碘酸雪夫(PAS)染色显示aGAGs在再生早期快速积累，而nGAGs通过高保水能力减轻炎症反应。流式细胞术证实BTC组CD206⁺ M2型巨噬细胞比例(18.7%)显著高于自体移植组(12.0%)。

未成熟ECs和SMCs的补偿活动

透射电镜(TEM)观察到BTC中迁移内皮细胞形成200-500 nm的瞬态连接，基底膜界面存在1μm直径的粘着斑，平滑肌细胞则呈现发达的内质网结构。免疫荧光显示CDH5⁺内皮粘附分子和CDH2⁺平滑肌粘附分子分别在管腔面和外围层富集。

这项研究通过创新的"体内生物制造"范式，将工程化血管制备周期从数月缩短至两周，且全部使用FDA批准材料。其核心突破在于：1）PLA支架的微结构精确引导宿主细胞的空间排布；2）GAGs与巨噬细胞的协同作用促进再生微环境形成；3）未成熟血管细胞的动态补偿机制维持早期功能。这种"即用型"移植物不仅解决了自体血管来源短缺的临床痛点，更为组织工程血管的规模化生产提供了可扩展平台。值得注意的是，BTC在保持100% 24周通畅率的同时，其内膜厚度(1.83μm)显著薄于自体移植(5.1μm)，避免了小口径移植物常见的内膜过度增生问题。未来研究需在大型动物模型中验证该技术的普适性，并探索支架微拓扑结构对ECM沉积的调控机制。