太原理工黃棣教授團(tuán)隊：同軸打印小直徑人工血管方面取得重要進(jìn)展

來源：高分子科技

太原理工大學(xué)黃棣教授課題組在《Composites Part B: Engineering》期刊上在線發(fā)表了題目為“Rapid formation of ultrahigh strength vascular graft: Prolonging clotting time micro-dimension hollow vessels with interpenetrating polymer networks”的研究論文，太原理工大學(xué)碩士研究生徐慧倫為論文的第一作者，魏延副教授、趙麗琴副教授、黃棣教授為論文的共同通訊作者，本研究在同軸打印制備力學(xué)性能突出、抗凝血小直徑人工血管方面取得新進(jìn)展。

臨床上血管阻塞以及動、靜脈分流等對人工血管需求量極大，自體移植是血管修復(fù)和置換的黃金標(biāo)準(zhǔn)，但其來源與長期的通暢性使自體移植受到了限制。直徑大于5 mm的人工血管在臨床上已成熟應(yīng)用，但小直徑人工血管的臨床應(yīng)用仍是巨大挑戰(zhàn)，主要在于合成材料與血管順應(yīng)性不匹配、抗凝血不足，會導(dǎo)致的吻合口內(nèi)膜增生以及再阻塞問題。因此，制備滿足移植部位各方面需求的小直徑人工血管是目前的一個難點(diǎn)。

利用聚乙烯醇與海藻酸混合生物墨水，基于同軸打印的方式制備了微尺寸人工血管。借助聚乙烯醇海藻酸雙交聯(lián)形成的互穿網(wǎng)絡(luò)，人工血管力學(xué)性能表現(xiàn)優(yōu)異（彈性模量=450 kPa,爆破壓=181.5 mmHg，順應(yīng)性=34.87 ± 4.27%）（圖1）。

圖1.a-d：人工血管微觀結(jié)構(gòu)；e：單軸拉伸實驗（應(yīng)力應(yīng)變曲線，彈性模量，斷裂伸長率與極限應(yīng)力）；f-j：爆破壓與順應(yīng)性測試

同時混合生物墨水中的大量自由羥基使得該人工血管表現(xiàn)出優(yōu)異的親水性，顯著提高了材料表面的白蛋白/纖維蛋白吸附比，這是降低血小板活化程度的關(guān)鍵。同時，材料中攜帶的羥基和羧基等電負(fù)性基團(tuán)，使得材料和血液中的主要成分之間出現(xiàn)輕微相互排斥，降低了材料表面對血液中主要成分的吸附作用，減少了移植過程中血栓的形成量體外凝血三項實驗中，相較于空白血漿組表現(xiàn)出可以延長凝血時間的特性（圖2）。

圖2.人工血管與纖維蛋白，水與血漿的接觸角（a-c）；血液相容性實驗（d-i）；凝血三項實驗（凝血酶時間(TT)試驗、凝血酶原時間(PT)和活化部分凝血酶時間(APTT)）（j-l）

在體外血液循環(huán)實驗中也表現(xiàn)出不易引起凝血反應(yīng)的特點(diǎn)，在半體內(nèi)動靜脈分流實驗中表現(xiàn)為低血栓形成量的特點(diǎn)。將該種材料做大鼠皮下包埋實驗，發(fā)現(xiàn)在移植14天后，材料與周圍組織之間生長情況良好，微血管量增加，表現(xiàn)出良好的生物相容性(圖3)。

圖3.體外血液循環(huán)實驗（a-c）,半體內(nèi)動靜脈分流實驗（f-j）,大鼠皮下包埋實驗（k-l）

在該項工作中，作者報道了利用同軸打印聚乙烯醇海藻酸生物墨水，兼顧了人工血管對力學(xué)性能與生物性能的需求，表現(xiàn)出了抗凝血方面的潛力，為制備臨床用小直徑人工血管提供了新選擇，對小直徑人工血管分子結(jié)構(gòu)和血液成分之間相互作用機(jī)理進(jìn)行了探討（圖4）。

圖4.人工血管分子結(jié)構(gòu)和血液成分之間相互作用

該工作得到國家自然科學(xué)基金項目、山西浙大新材料與化工研究院項目、山西省留學(xué)人員科技活動擇優(yōu)資助項目的支持。

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https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.110456