加泰羅尼亞國際大學(xué)：多噴頭擠出成型內(nèi)皮與平滑肌細(xì)胞制造仿生血管

供稿人：趙廷澤 連芩
供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

心血管疾�。–VDs）被全世界范圍內(nèi)均認(rèn)為是致死的主要原因，其中動脈粥樣硬化是心血管疾病的主要病因。目前這種疾病的主要通過心臟搭橋手術(shù)進(jìn)行治療。隨著組織工程技術(shù)的發(fā)展，組織工程血管（TEBV）將成為一種潛在的治療手段。

最近，西班牙加泰羅尼亞國際大學(xué)的E Bosch-Ru′e等人模擬天然的血管結(jié)構(gòu)，通過三同軸噴頭進(jìn)行了仿生血管的制造，制造方法如圖一所示。同軸噴頭最外層使用海藻酸鈉、I型膠原與人大動脈平滑肌細(xì)胞（HASMCs）構(gòu)成的生物墨水，中層使用I型膠原與人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVECs）構(gòu)成的生物墨水，最內(nèi)層使用普郎尼克作為犧牲材料，以便在打印結(jié)束后去除并形成管道結(jié)構(gòu)。

圖1 三同軸噴頭仿生血管制造方法

為了確認(rèn)所制造的仿生血管體外培養(yǎng)后的結(jié)構(gòu)，作者使用鬼筆環(huán)肽與DAPI對仿生血管模型進(jìn)行觀測。在第16天，仿生血管中的內(nèi)皮細(xì)胞（HUVECs）形成了一個細(xì)胞排列方向與仿生血管方向一致的單層結(jié)構(gòu)，這與天然血管中內(nèi)皮細(xì)胞的排列方式相似。然而在第20天，這種細(xì)胞定向排列的現(xiàn)象卻不能再被觀察到。

觀察平滑肌細(xì)胞（HASMCs）時發(fā)現(xiàn)，第9天到第20天細(xì)胞不斷增殖并形成一個致密層，且其中細(xì)胞的排列方向與仿生血管之間的角度呈現(xiàn)為45°- 90°，這一現(xiàn)象與天然的血管中的平滑肌細(xì)胞的排列相似。如圖2所示。

圖2 培養(yǎng)過程中仿生血管中的內(nèi)皮細(xì)胞(HUVECs)與平滑肌細(xì)胞(HASNCs)分別的觀測圖像

在生理?xiàng)l件下，內(nèi)皮細(xì)胞是由于血流剪切應(yīng)力的影響而定向排列的，而本文中的仿生血管卻是靜態(tài)培養(yǎng)的。故該文的作者們認(rèn)為，這有可能是導(dǎo)致16天后內(nèi)皮細(xì)胞失去定向排列的一個原因。

總之，本文提出了一種成本低，可重復(fù)的仿生血管制造方法。同時該文作者希望日后通過灌流培養(yǎng)，在保持本文中平滑肌45°- 90°排列方式的同時，使內(nèi)皮細(xì)胞的排列方向可以持續(xù)保持與仿生血管方向一致的結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步促進(jìn)整個仿生血管的成熟。

參考文獻(xiàn)：
Bosch Rue E, Delgado L M, Gil F J, Perez R A. Direct extrusion of individually encapsulated endothelial and smooth muscle cells mimicking blood vessel structures and vascular native cell alignment. Biofabrication, 2020.