近日，太原理工大學黃棣教授課題組在《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性能突出、抗凝血小直徑人工血管方面取得新進展。
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和置換的黃金標準，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用，但小直徑人工血管的臨床應用仍是巨大挑戰(zhàn)，主要在于合成材料與血管順應性不匹配、抗凝血不足，會導致的吻合口內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。
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)形成的互穿網絡，人工血管力學性能表現(xiàn)優(yōu)異（彈性模量=450 kPa,爆破壓=181.5 mmHg，順應性=34.87 ± 4.27%）（圖1）。
圖1.a-d：人工血管微觀結構；e：單軸拉伸實驗（應力應變曲線，彈性模量，斷裂伸長率與極限應力）；f-j：爆破壓與順應性測試
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鍵。同時，材料中攜帶的羥基和羧基等電負性基團，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的特點，在半體內動靜脈分流實驗中表現(xiàn)為低血栓形成量的特點。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構和血液成分之間相互作用機理進行了探討（圖4）。
圖4.人工血管分子結構和血液成分之間相互作用
該工作得到國家自然科學基金項目、山西浙大新材料與化工研究院項目、山西省留學人員科技活動擇優(yōu)資助項目的支持。
全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.110456
- 蘭州理工大學冉奮教授團隊 Nat. Commun.：肝素摻雜導電聚合物 2024-12-07
- 蘭州理工大學冉奮教授課題組 Macromolecules前瞻性文章：抗凝血大分子 2023-06-16
- 四川大學王云兵教授團隊《Biomaterials》論文新發(fā)現(xiàn)：抗凝血定制化重組人源化膠原蛋白為心血管植介入器械功能改性打開新窗口 2021-08-11
- 蘇大李剛教授、牛津大學Kaili Chen博士合作 JMST：人工血管研究進展 2025-01-05
- 華南理工大學王小慧/廣東省心血管病研究所陳寄梅團隊 CEJ：植物纖維素基雙網絡仿生小口徑人工血管 2023-11-21
- 蘇州大學呂強教授團隊 Adv. Funct. Mater.：具有徑向和軸向雙重取向仿生結構的人工血管 2023-09-19
