凝胶纺丝构建小口径人工血管

发展背景：

2000年世界卫生组织报告，全球1700万人死于心血管疾病，心血管疾病是威胁人类生命安全的头号杀手。其中血管病变是心血管疾病病发的重要原因。经过几十年的研究与应用，大口径人工血管（内径＞6mm）已经在临床上取得了巨大成功，然而小口径血管（内径＜6mm）因其内径小，易堵塞的特性，一直以来困扰着研究人员。

前沿进展：

美国塔夫茨大学David L. Kaplan教授和哈佛医学院Peter S.Kim教授（通讯作者）等，近日报道了一种以天然高分子材料丝素蛋白为基材，利用凝胶纺丝技术构建的小口径人工血管。该研究通过控制凝胶纺丝血管孔结构（孔隙类型、大小和连通性），调控丝素蛋白体内降解速度，加速细胞迁移，使材料的降解与由细胞迁移与增值介导的组织重塑达到平衡。

优良性质：

• 丝素蛋白作为人工血管基材的优势
  丝素蛋白，作为临床认可的合成高分子材料的替代物，具有优良的体内降解性。与此同时，天然衍生的丝素蛋白由于能够嵌入的特殊结构和功能分子，可以提供更好的生物相容性。一些研究已经证实丝素蛋白具有可控制的生物降解性、最小的炎症反应和适当的机械性能，是作为人工血管的为血管应用的理想材料。
• 材料孔结构作为调控因素的优势
  人工血管的孔结构(孔隙类型、大小和连通性)可以通过介导细胞浸润、凝血动力学，以及通过改变表面形貌来锚定新形成的内膜，从而影响长期的通畅率。人工血管孔结构的改变也会影响其机械性能。随着人工血管孔结构增多，固体密度的降低，较薄的孔隙壁在外部载荷作用下的抗弯能力降低，从而表现为更符合结构要求的顺应特性，使得人造血管管壁结构可以模拟天然血管组织对血流的反应，这种顺应特性已被证明可以降低人工血管移植后内膜增生的发生率。
• 作者的策略
  为了利用丝素蛋白构建出，理想的人工血管，作者基于加强人工血管多孔性这一角度，从基材的制备和人工血管制作方法出发，提高人工血管特性：（1）为了加强人工血管的孔结构，作者采用了凝胶纺丝加冻干成型的方法制作人工血管；（2）同时，作者发现，利用低浓度，高分子量的丝素蛋白溶液经过纺丝，冻干后可以制作孔隙率和孔径更大的人工血管，这些高分子量丝素蛋白溶液是通过控制蚕丝的提取条件而得到的，即通过改变煮沸时间，控制丝素蛋白溶液分子量。

体内实验结果表明，人工血管的孔结构通过细胞浸润和组织沉积加速了移植物的重塑。所有人工血管新生内膜发育良好，1个月时出现成熟的平滑肌和内皮细胞，并保持完整达6个月。由10MB蚕丝制成的人工血管，耐缝合能力和细胞浸润的性能达到了最佳平衡。

作者结合实验数据，进一步提出人工血管不同分子量和孔结构的梯度设计，即从端部(吻合部位)高强度，低分子量到中部较高的分子量，孔结构和高弹性，该研究进一步证明了凝胶纺丝平台的通用性，并强调了孔结构指导宿主整合在血管系统中的重要性。

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