盤點(diǎn)國內(nèi)在3D打印血管方面的那些風(fēng)起云涌

近日國內(nèi)在3D打印血管方面的那些風(fēng)起云涌，南極熊報道的藍(lán)關(guān)英諾可謂是風(fēng)光無限，藍(lán)光英諾的母公司藍(lán)光發(fā)展股票三日連續(xù)上漲20%。南極熊在前日也發(fā)表了一篇專業(yè)分析生物3D打印猴子血管是噱頭？3D打印血管的技術(shù)水平主要體現(xiàn)在在抗凝血性、抗縫合性、生長修復(fù)能力方面，臨床上血管移植物一般應(yīng)具備以下幾個特性：良好的血液相容性，無血栓形成；足夠的力學(xué)性能和抗縫合強(qiáng)度；良好的生物可降解性和組織再生能力；溶出物、滲出物及降解物無毒、無免疫排異反應(yīng)。

國際上對于3D打印人工血管從美國哥倫比亞大學(xué)，到克萊姆森大學(xué)、新加坡南洋理工大學(xué)、美國猶他大學(xué)、美國南卡羅來納醫(yī)科大學(xué)、美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校、美國賓夕法尼亞大學(xué)、美國華盛頓大學(xué)等都做了不懈的努力，頗有建樹的是哈佛大學(xué)。國內(nèi)在3D打印血管方面的那些風(fēng)起云涌，感受下誰將引領(lǐng)血管領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展？南極熊之前也盤點(diǎn)過國外的3d打印血管的發(fā)展現(xiàn)狀，南極熊回答上交所，3D打印生物血管到底怎么樣？

曲徑通幽的技術(shù)

哈佛大學(xué)的研究人員在整個打印過程中使用了三種生物墨水。其中第一種墨水含有細(xì)胞外基質(zhì)，這是一種由水、蛋白質(zhì)和碳水化合物構(gòu)成的復(fù)雜混合物，用于連接每個細(xì)胞，從而形成一個組織。第二種墨水包含細(xì)胞外基質(zhì)和干細(xì)胞。第三種用于打印血管，這種墨水在冷卻過程中融化，所以研究人員可以從冷卻的物質(zhì)中將墨水抽出來，并保留空心管 。那么在3D打印人工血管這方面，國內(nèi)的進(jìn)展如何？

南開大學(xué)
關(guān)鍵詞：三層人工血管制備技術(shù)

南開大學(xué)認(rèn)為當(dāng)前制備各種類型的小口徑人工血管技術(shù)，大致可分三類：包括以合成材料和天然材料為基質(zhì)制備人工血管技術(shù)，天然血管脫細(xì)胞技術(shù)以及自組裝技術(shù)。其中第一種技術(shù)利用靜電紡絲，粒子瀝濾，相分離等多種技術(shù)制備具有孔隙的人工血管，然而在利用這些技術(shù)制備人工血管的過程中極少考慮并控制人工血管內(nèi)表面物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。而大量基礎(chǔ)研究顯示人工血管材料表面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(如光滑與粗糙程度)，會影響血漿蛋白以及血小板的粘附，同時也會影響內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞的粘附和增殖，進(jìn)而影響人工血管的通暢。南開大學(xué)設(shè)計并制備了由內(nèi)層、中層和外層組成的三層人工血管。步驟概括如下：

人工血管內(nèi)層制備：以生物可降解高分子為原料，由墨水打印法制備人工血管內(nèi)層。

由于內(nèi)表面光滑致密所以能夠抑制血漿蛋白和血小板粘附，同時防止在植入時血液向人工血管壁滲透，引發(fā)急性血栓，另外致密的內(nèi)層能夠增強(qiáng)軸向的力學(xué)強(qiáng)度；

人工血管中層制備：中層是在人工血管內(nèi)層外側(cè)通過靜電紡絲，濕法紡絲，熔融紡絲或3D打印技術(shù)中的一種或者幾種制備得到，由具有一定角度排布的直徑為5-100微米螺旋取向纖維纏繞而成。中層的主要作用是引導(dǎo)周圍組織細(xì)胞向支架內(nèi)部取向生長，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞外基質(zhì)取向沉積排布，同時取向微米纖維能夠提供徑向力學(xué)支持。

人工血管外層制備：外層是在人工血管內(nèi)層和中層外側(cè)通過熔融紡絲和3D打印法制備，主要是在人工血管彎曲時起到防止打折的作用。

上海大學(xué)
關(guān)鍵詞：分叉結(jié)構(gòu)三維分層血管支架
人體內(nèi)的血管內(nèi)徑從5微米到25毫米不等，尺寸較大的血管壁有明顯的三層結(jié)構(gòu)：內(nèi)膜，中膜和外膜。內(nèi)膜是附著在基底膜上的單層內(nèi)皮細(xì)胞；中膜由大量的平滑肌細(xì)胞或彈性組織構(gòu)成；外膜主要由包含成纖維細(xì)胞和血管。

在組織工程血管支架成形工藝方面，常常使用的工藝方法主要可以分為兩類：一類是基于血管模型預(yù)建立方法；另一類是基于組織結(jié)構(gòu)內(nèi)血管網(wǎng)絡(luò)生成的方法。血管模型預(yù)建立方法又可以分為利用模具澆注和結(jié)合電紡絲技術(shù)成形的方法；而基于組織結(jié)構(gòu)內(nèi)血管網(wǎng)絡(luò)生成的方法主要是通過3D細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，利用內(nèi)皮細(xì)胞等自發(fā)地在生物支架內(nèi)形成細(xì)微的通道。這些傳統(tǒng)方法雖然獲得了較成功的血管支架或具有血管網(wǎng)絡(luò)的支架，但是目前制備多層血管支架的工藝方法很難實(shí)現(xiàn)支架三維空間的結(jié)構(gòu)以及血管分叉的形態(tài)，而能夠?qū)崿F(xiàn)一定三維分叉流道結(jié)構(gòu)的工藝方法又很難實(shí)現(xiàn)血管的三層結(jié)構(gòu)。

上海大學(xué)針對已有血管支架制備工藝存在的缺陷，提供一種分叉結(jié)構(gòu)三維分層血管支架的成形系統(tǒng)和方法，3D科學(xué)谷了解到該系統(tǒng)通過3D打印技術(shù)制造模具，通過向模具中灌注水凝膠的方式，進(jìn)行血管支架的逐層制備；利用普朗尼克F127犧牲材料，通過先添加后犧牲的方法實(shí)現(xiàn)血管支架的中空結(jié)構(gòu)，最終形成具有分叉結(jié)構(gòu)的三維分層血管支架。

廣州宏暢生物科技
關(guān)鍵詞：實(shí)現(xiàn)生物人工血管的體內(nèi)重塑
廣州宏暢生物科技研發(fā)出具有良好力學(xué)性能、能實(shí)現(xiàn)自我在體重塑的生物人工血管，能將生物人工血管轉(zhuǎn)換為一個能持續(xù)釋放腺苷的生物反應(yīng)器，有效的優(yōu)化局部微環(huán)境和促進(jìn)其快速內(nèi)皮化，用于臨床上修復(fù)血管缺損或血管搭橋。

廣州宏暢生物科技的制作步驟包括血管支架復(fù)合材料的獲取，編織血管，血管的修飾。其中3D打印技術(shù)體現(xiàn)在編制血管和血管的修飾過程中。

關(guān)于降解物無毒，廣州宏暢生物科技構(gòu)建生物人工血管的膠原，在保持三螺旋結(jié)構(gòu)的同時去除其抗原點(diǎn)—尾肽。3D科學(xué)谷了解到這種材料為天然生物材料，來源廣泛，無毒性，降解產(chǎn)物可被機(jī)體吸收，不對機(jī)體產(chǎn)生危害，制作簡便，易于塑形，并在功能適應(yīng)性、組織相容性、理化性能、生物降解性、造價等方面優(yōu)于人工合成材料。

廣州宏暢生物科技獲得的生物人工血管移植到動物體內(nèi)，14天經(jīng)光鏡及電鏡檢測，可見血管腔內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)正常，密集排列，沿血管長軸分布，說明血管成功形成了自體的內(nèi)皮化，液相色譜檢測生物人工血管能持續(xù)釋放腺苷分子。1個月后進(jìn)行HE染色、免疫熒光染色和電鏡檢測，可見血管內(nèi)皮化良好，無顯著的內(nèi)膜增生和血栓形成。6個月后HE染色、免疫熒光染色和電鏡檢測，可見已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了血管的完全自我重塑。

藍(lán)光英諾
關(guān)鍵詞：3D生物打印技術(shù)促進(jìn)人工血管內(nèi)皮化
藍(lán)光英諾公告稱，其3D生物打印血管申請臨床試驗，動物在體實(shí)驗成功之后，下一步藍(lán)光英諾3D生物打印血管將向有關(guān)監(jiān)管機(jī)構(gòu)申請臨床試驗。

藍(lán)光英諾3D生物打印的專利技術(shù)是生物磚，生物磚的技術(shù)意義在于實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞的精確排布，這是人工構(gòu)建組織器官的關(guān)鍵。藍(lán)光英諾認(rèn)為已知的生物打印技術(shù)存在著缺陷。目前大多數(shù)生物打印方法均無法實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞的精確排布，從而也不能制造出具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的微組織團(tuán)塊。與此同時，在目前已經(jīng)知曉的生物打印方法中，所使用的細(xì)胞均缺乏力學(xué)保護(hù)。因此，當(dāng)將細(xì)胞用于3D生物打印時，細(xì)胞易于因外界壓力或剪切力的傷害而受損或死亡。這大大限制了生物打印技術(shù)的應(yīng)用。

藍(lán)光英諾的生物磚打印技術(shù)給細(xì)胞提供了有效的力學(xué)保護(hù)，從而確保了細(xì)胞在打印過程中存活率(達(dá)到90％以上)。藍(lán)光英諾所制備的生物墨汁可在生物打印過程中實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的精確排布，實(shí)現(xiàn)組織或器官的精確生物打印。微血管是組織內(nèi)部細(xì)胞獲取營養(yǎng)物質(zhì)及排出代謝物的唯一通道。使用生物磚構(gòu)建的人工構(gòu)建體(如人工組織)，需要能夠形成微血管，以使其內(nèi)部細(xì)胞能夠存活，內(nèi)部具備微血管是組織塊具備生物學(xué)功能的重要條件。

本文參考資料：
-3D printing for artificial blood vessels，The Register
-Researchers 3D print ‘living’ blood vessels，llnl
-3D Bioprinting of Living Tissues,Wyss Institute
-專利：分叉結(jié)構(gòu)三維分層血管支架的成形系統(tǒng)和方法等

來源：3d科學(xué)谷
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