近日,中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院杜學(xué)敏副研究員研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合華東師范大學(xué)張利東研究員和香港大學(xué)王敏教授,設(shè)計(jì)構(gòu)建了功能仿生的血管組織工程復(fù)合支架,并就復(fù)合支架調(diào)控血管內(nèi)皮化展開(kāi)研究,揭示了復(fù)合支架生物活性和力學(xué)性能影響血管內(nèi)皮重塑的機(jī)制(圖1)。該項(xiàng)研究成果以“Regulation Effects of Biomimetic Hybrid Scaffolds on Vascular Endothelium Remodeling”為題發(fā)表在材料領(lǐng)域權(quán)威期刊ACS Applied Materials & Interfaces(IF: 8.097)上(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, DOI: 10.1021/acsami.8b06205),論文第一作者為深圳先進(jìn)院趙啟龍博士,通訊作者為張利東研究員和杜學(xué)敏副研究員。
圖1. 具有彈性片段和細(xì)胞黏附片段的納米纖維復(fù)合支架對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞功能的調(diào)控
研發(fā)功能性人工血管對(duì)于治療目前全球致死人數(shù)最多的心血管疾病具有重要意義,但目前人工血管材料嚴(yán)重受制于內(nèi)皮化功能不足,植入后易發(fā)生血栓性栓塞而失效。為解決此難題,杜學(xué)敏副研究員團(tuán)隊(duì)在前期工作中結(jié)合仿生智能材料(Advanced Materials, 2017, 29, 1702231;Advanced Materials Technologies, 2017, 2, 1700120),有效改善了血管的三維內(nèi)皮化(Advanced Functional Materials, 2018, 1801027)。前期研究發(fā)現(xiàn),在具有仿生生物活性和力學(xué)性能的納米纖維復(fù)合支架引導(dǎo)下,血管內(nèi)皮重塑可得到更為有效的促進(jìn)。然而,對(duì)于具有二元組分的復(fù)合支架材料,生物活性的增強(qiáng)通常造成力學(xué)性能下降,反之亦然。因此,為獲得理想的血管組織工程復(fù)合支架材料,需明確材料生物活性和力學(xué)性能調(diào)控血管內(nèi)皮重塑的機(jī)制,以便設(shè)計(jì)具有優(yōu)化組分的人工血管。
為此,研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一系列具有不同彈性片段和細(xì)胞黏附片段比例的納米纖維復(fù)合支架,支架的生物活性和力學(xué)性能等支架性能可有效調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn),具有高比例細(xì)胞黏附片段的復(fù)合支架在細(xì)胞培養(yǎng)初期可有效促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞黏著斑的形成(圖2),由此介導(dǎo)細(xì)胞與支架間較強(qiáng)的相互作用,對(duì)于內(nèi)皮化初期的血管內(nèi)皮細(xì)胞附著具有重要意義,而支架的力學(xué)性能則會(huì)對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞間相互作用的形成產(chǎn)生重要影響。在適當(dāng)?shù)牧W(xué)性能增強(qiáng)的復(fù)合支架表面,血管內(nèi)皮細(xì)胞在初期細(xì)胞黏附較低的情況下,仍然可實(shí)現(xiàn)融合的血管內(nèi)皮細(xì)胞單層的快速形成(圖3),在結(jié)構(gòu)和性能上具有更高的穩(wěn)定性,確保了支架用于構(gòu)建人工血管的極大潛力。綜上,復(fù)合支架材料的生物活性在調(diào)控血管內(nèi)皮重塑中起主導(dǎo)作用,而力學(xué)性能亦是影響血管內(nèi)皮重塑過(guò)程中血管內(nèi)皮細(xì)胞間聯(lián)結(jié)形成的重要因素。理想的人工血管材料需在滿足材料力學(xué)性能要求的前提下具備盡量?jī)?yōu)化的生物活性。
圖2. 血管內(nèi)皮細(xì)胞在不同復(fù)合支架上的細(xì)胞黏附和黏著斑形成情況。(A, D)高活性低彈性支架;(B, E)中活性中彈性支架;(C, F)低活性高彈性支架
圖3. 血管內(nèi)皮細(xì)胞在不同復(fù)合支架上的細(xì)胞間相互作用情況。(A)高活性低彈性支架;(B)中活性中彈性支架;(C)低活性高彈性支架
相關(guān)成果不僅為促進(jìn)血管內(nèi)皮重塑提供了優(yōu)化的復(fù)合支架材料,并對(duì)基于復(fù)合材料的人工血管設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)意義,將有望有效推進(jìn)新型人工血管材料的研發(fā)。
該研究工作得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)(2017YFA0701303)、廣東省引進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)(2013S046)、粵港科技合作資助計(jì)劃(2017A050506040)、深圳市孔雀團(tuán)隊(duì)以及深圳市基礎(chǔ)研究(JCYJ20170307164610282)等項(xiàng)目的資助。
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