3D打印可生物降解的靜脈支架及其調(diào)節(jié)靜脈移植物的重塑機(jī)理

來源：上普生物

隱靜脈移植物作為冠狀動脈搭橋術(shù)（CABG）中最常用的導(dǎo)管，但其缺點是由于內(nèi)膜增生而容易發(fā)生再狹窄，近期，上海交通大學(xué)瑞金醫(yī)院趙強(qiáng)教授、葉曉峰副教授、東華大學(xué)游正偉教授課題組聯(lián)合在BioMaterials期刊上發(fā)表了“A novel biodegradable external stent regulates vein graft remodeling via the Hippo-YAP and mTOR signaling pathways”的文章，通過旋轉(zhuǎn)軸打印了PCL可降解靜脈支架，該支架對內(nèi)膜增生具有出色的抑制作用。并可通過Hippo-YAP信號通路調(diào)節(jié)靜脈移植物重塑。

研究背景
冠狀動脈搭橋術(shù)（CABG）已被證實可有效改善冠狀動脈疾病的預(yù)后，這是全世界主要的公共衛(wèi)生問題。盡管越來越多的證據(jù)表明，使用動脈導(dǎo)管進(jìn)行冠狀動脈旁路移植術(shù)（CABG）具有多種優(yōu)勢，但隱靜脈移植物（SVG）由于其可用性和長度而仍然是最常用的導(dǎo)管。作為CABG中最常用的導(dǎo)管，隱靜脈移植物的缺點是由于內(nèi)膜增生而容易發(fā)生再狹窄。除了許多病理反應(yīng)外，內(nèi)膜增生的靜脈移植物重塑主要負(fù)責(zé)管腔再狹窄。在連續(xù)的循環(huán)拉伸過程中，由于動脈回彈，該過程趨于不受控制，并伴有血管平滑肌細(xì)胞（SMC）增殖，以適應(yīng)動脈循環(huán)。因此，臨床上迫切需要減少靜脈移植物重塑的策略。

為了滿足緊急的臨床需求，采用外部支架（eStents）并闡明其功能的潛在機(jī)制對于預(yù)防靜脈移植物衰竭很重要。研究者使用旋轉(zhuǎn)4軸打印技術(shù)，制造了一種新型的可生物降解的支架，該支架對內(nèi)膜增生具有出色的抑制作用。并可通過Hippo-YAP信號通路調(diào)節(jié)靜脈移植物重塑。此外，作為藥物遞送媒介，設(shè)計了雷帕霉素（RM）涂層的eStent，以通過Hippo和哺乳動物雷帕霉素靶標(biāo)（mTOR）信號通路的協(xié)同作用，增強(qiáng)eStent對內(nèi)膜增生的抑制作用�？偟膩碚f，這項研究揭示了eStent功能的潛在機(jī)制，并確定了預(yù)防靜脈移植物再狹窄的新治療靶標(biāo)。

旋轉(zhuǎn)打印支架
盡管PCL是一種塑料材料，但纖維編織物支架表現(xiàn)出出色的柔韌性，可拉伸性和彈性，可實現(xiàn)彎曲以及拉伸和壓縮變形，因此，研究者以PCL為材料，通過4軸聯(lián)動生物3D打印機(jī)實現(xiàn)PCL可降解支架的打印制造。

圖1 旋轉(zhuǎn)4軸打印可降解PCL支架

該支架可以有效地防止在靜脈中出現(xiàn)不利的血管扭結(jié)，并保持其原始的管狀結(jié)構(gòu)和大角度彎曲變形。

血管重塑的調(diào)節(jié)
由于缺乏機(jī)械支持并充滿動脈血，移植后立即在非支架移植物（Non-Stented）中觀察到血管擴(kuò)張。但是，在PCL支架組中，支架起到了徑向抗擴(kuò)張作用，有效地限制了靜脈移植物的擴(kuò)張。此外，血管超聲檢查顯示，非支架組的靜脈移植物直徑在植入后隨時間逐漸增加，幾乎是原始移植物直徑的1.5倍。相比之下，PCL組的靜脈移植物直徑幾乎沒有變化，與原始動脈和靜脈的直徑一致。

圖2 打印的PCL支架可防止靜脈移植物擴(kuò)張并調(diào)節(jié)血管重塑

抑制靜脈內(nèi)膜的內(nèi)膜增生
如H＆E染色所示，與PCL組相比，非支架組中每個觀察點的壁厚和內(nèi)膜面積均顯著增加。由于形成了新內(nèi)膜，在非支架組中管腔丟失更為明顯，引起相關(guān)的管腔狹窄，而在PCL組中則減弱了。

圖3 打印的PCL支架抑制靜脈內(nèi)膜的內(nèi)膜增生

植入支架后基因和活性的差異表達(dá)
在果蠅和哺乳動物中都保留了Hippo信號通路，并在調(diào)節(jié)器官大小和細(xì)胞增殖中起作用。結(jié)果表明非支架移植物中的Hippo相關(guān)分子水平高于PCL支架移植物中的水平。免疫組織化學(xué)染色顯示，與支架移植相比，非支架移植物中TGF-β的表達(dá)增加，這反映了細(xì)胞增殖增強(qiáng)和ECM產(chǎn)生上調(diào)。與無支架的移植物相比，在帶支架的移植物中觀察到更高水平的eNOS，這反映了內(nèi)皮功能良好。

圖4 植入支架后Hippo信號傳導(dǎo)途徑的基因和活性的差異表達(dá)

涂層支架對內(nèi)膜增生的抑制作用及基因表達(dá)的影響
已證實使用RM（雷帕霉素）涂層的藥物洗脫支架可有效防止支架血栓形成和支架內(nèi)再狹窄。結(jié)果表明，支架還通過mTOR信號傳導(dǎo)途徑介導(dǎo)了靜脈移植物重塑。通過使用RM涂層的支架，可以更有效地抑制移植物中的內(nèi)膜增生。與無藥物的支架移植相比，mTOR和Hippo相關(guān)蛋白均減少。因此，通過調(diào)節(jié)Hippo和mTOR信號通路的協(xié)同作用，RM涂層的支架可以有效抑制內(nèi)膜增生，因為RM涂層支架遞送后的移植物壁厚比僅支架遞送后薄。盡管降低的YAP表達(dá)與增加的RM濃度相關(guān)，但仍不確定RM是否可以直接調(diào)節(jié)YAP活性。

圖5涂層支架對內(nèi)膜增生的抑制作用

圖6 應(yīng)用涂層支架后Hippo和mTOR信號通路的活動

總結(jié)
研究者通過旋轉(zhuǎn)軸打印技術(shù)，制造了具有抗擴(kuò)張?zhí)匦裕�有效限制靜脈移植物擴(kuò)張并抑制新內(nèi)膜形成的新型可生物降解PCL 支架。并發(fā)現(xiàn)，該支架抑制血管重塑的作用機(jī)理與Hippo信號通路中YAP的活性有關(guān)，這受可變的機(jī)械刺激影響。此外，與mTOR抑制劑一起，RM涂層支架在抑制靜脈移植物內(nèi)膜增生方面表現(xiàn)出改善的性能。因此，這項工作為臨床上成功應(yīng)用該支架技術(shù)提供了有希望的治療目標(biāo)和決定性證據(jù)。

圖7支架對靜脈移植物的抗內(nèi)膜作用機(jī)理的示意圖。

參考文獻(xiàn)

Yang Q , Lei D , Huang S , et al. A novel biodegradable external stent regulates vein graft remodeling via the Hippo-YAP and mTOR signaling pathways[J]. Biomaterials, 2020:120254.