用于混合生物制造仿外膜各向异性血管结构的纳米纤维增强ECM基生物墨水

《Stem Cell Research & Therapy》：Nanofiber-reinforced ECM-based bioink for hybrid biofabrication of adventitia-mimetic anisotropic vascular constructs

　　

摘要

背景

组织工程血管是血管移植中不可或缺的材料。尽管已取得显著进展，但目前的研究大多集中在血管移植的宏观层面，忽视了血管壁的各向异性微观结构，尤其是外膜，而外膜对天然血管的机械稳定性和功能表现起着关键作用。因此，在当前的血管组织工程策略中，这一方面仍未得到充分研究，限制了血管移植发展的潜力。

方法

在本研究中，我们开发了一种新的混合生物制造策略，结合电纺丝和同轴挤出打印技术以及纳米纤维增强型生物墨水，来制造能够模拟血管壁各向异性结构的血管构造。这种生物墨水以明胶甲基丙烯酰酸羟基凝胶为基质，其中含有短电纺聚己内酯纤维和源自血管的细胞外基质，这些成分不仅提升了生物墨水的机械稳定性、打印性能和生物相容性，还为其提供了微/纳米级结构。

结果

通过同轴挤出打印技术，我们成功制造出了纤维和细胞沿人工血管长轴有序排列的血管构造，从而模拟了外膜的微/纳米结构。有限元分析表明，挤出过程中的剪切应力促使纤维和细胞排列整齐，形成了各向异性结构，进而提升了其在血管组织工程中的应用潜力。体内实验显示，这些构造有助于与宿主整合并促进血管生长，且不会引发过度炎症。

结论

本研究提出了一种用于制造具有仿生外膜结构血管移植物的有效策略，为构建血管及其他各向异性组织提供了灵活的平台。