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東華大學(xué)何創(chuàng)龍教授團(tuán)隊(duì) Biomaterials：一種具有高彈性的超柔軟熱塑性生物降解彈性體用于動(dòng)脈再生
2024-12-05  來(lái)源：高分子科技

  小口徑人工血管在臨床上有巨大需求，但長(zhǎng)期缺乏有效的商業(yè)產(chǎn)品，組織工程技術(shù)是有望解決這一問(wèn)題的一種十分有潛力的方法。動(dòng)脈組織是典型的高彈性軟組織，并具有復(fù)雜的微觀多層次結(jié)構(gòu)。為滿足應(yīng)用需求及實(shí)現(xiàn)動(dòng)脈再生，理想的組織工程血管替代物應(yīng)同時(shí)兼顧多方面的性能，如具有與天然動(dòng)脈相匹配的力學(xué)彈性，可促進(jìn)細(xì)胞滲透生長(zhǎng)的微觀多孔結(jié)構(gòu)，以及與新生組織再生相適應(yīng)的降解速率等。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，合適的支架基體材料是首要前提。然而，現(xiàn)有的支架材料在高彈性、加工性、降解性等方面常表現(xiàn)出互相矛盾、難以兼容的問(wèn)題。因此，開(kāi)發(fā)新的具有更好綜合性能的生物降解彈性材料對(duì)動(dòng)脈修復(fù)等軟組織問(wèn)題的解決具有重要意義。


  近期，東華大學(xué)何創(chuàng)龍教授團(tuán)隊(duì)利用兩種雙官能團(tuán)線性單體癸二酸和聚乙二醇-200共聚，開(kāi)發(fā)了一種具有高彈性的超柔軟熱塑性生物降解彈性體（PPS），并以此彈性體為主體材料構(gòu)建了一種三層結(jié)構(gòu)的組織工程血管支架（圖1）。PPS是一種熱塑性聚酯材料，可溶于多種常見(jiàn)有機(jī)溶劑，具有良好的加工性。它在常溫下處于高彈態(tài)和非晶態(tài)，具有超高的彈性和反復(fù)拉伸性，在單一方向可承受超過(guò)自身32倍長(zhǎng)的拉伸，在各個(gè)方向上拉伸可轉(zhuǎn)變?yōu)槌〕该鞯臓顟B(tài)而不破裂，且在經(jīng)歷極限拉伸后可完全恢復(fù)原狀（圖2）。它有良好的細(xì)胞相容性和組織相容性，并有適中的降解速率，體內(nèi)完全降解預(yù)估在4-8個(gè)月（圖3）。PPS與常見(jiàn)生物材料有良好的復(fù)合性，通過(guò)靜電紡絲與不同材料復(fù)合得到的纖維膜呈現(xiàn)不同的纖維結(jié)構(gòu)（圖4）。它與聚左旋乳酸（PLLA）結(jié)合，通過(guò)熱致相分離可得到一種具有連通大孔結(jié)構(gòu)的彈性支架（S-80PPS-7%），其孔結(jié)構(gòu)均勻，孔與孔間幾乎100%連通（圖4），體外條件下可有效誘導(dǎo)細(xì)胞滲透長(zhǎng)入，支持細(xì)胞三維立體生長(zhǎng)，體內(nèi)條件下可快速誘導(dǎo)新生組織再生，是一種十分理想的組織工程多孔支架（圖5）。PPS與聚己內(nèi)酯（PCL）通過(guò)靜電紡絲得到的復(fù)合纖維膜（m-60PPS）具有比純PCL更好的彈性、親水性和降解性，其管子具有與天然軟組織類似的拉伸力學(xué)特征（極低的初始模量），在圓周方向上的應(yīng)力-應(yīng)變曲線與天然動(dòng)脈十分接近（圖6）。以m-60PPS和S-80PPS-7%為內(nèi)層和中間層構(gòu)建的血管支架在體內(nèi)具有良好的重塑效果，植入兔子頸動(dòng)脈24周后管壁中有類似天然動(dòng)脈的新生血管組織生成，形成比較規(guī)則的組織結(jié)構(gòu)，包括連續(xù)的管腔內(nèi)皮層，沿血流方向定向排列的內(nèi)皮細(xì)胞，以及沿圓周方向定向排列的多層平滑肌層，預(yù)示了其強(qiáng)大的動(dòng)脈組織誘導(dǎo)再生能力（圖7）。


圖1 PPS制備及三層血管支架構(gòu)建示意圖。


圖2 PPS表征及力學(xué)性能測(cè)試。



圖3 PPS生物相容性和生物降解性。


圖4 PPS加工及與常見(jiàn)生物材料復(fù)合結(jié)構(gòu)表征。



圖5 S-80PPS-7%支架體外、體內(nèi)細(xì)胞滲透效果驗(yàn)證。


圖6 m-60PPS表征及力學(xué)性能測(cè)試


圖7 PPS基三層血管支架體內(nèi)重塑結(jié)果。


  該研究以“A super soft thermoplastic biodegradable elastomer with high elasticity for arterial regeneration”為題發(fā)表在《Biomaterials》期刊。東華大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院何創(chuàng)龍教授和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬松江醫(yī)院心內(nèi)科龐雅楠主治醫(yī)師為通訊作者，博士研究生賈亞聽(tīng)為第一作者，碩士生徐鑫和神經(jīng)外科醫(yī)生盧昊對(duì)血管植入動(dòng)物實(shí)驗(yàn)作了重要貢獻(xiàn)。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、上海市科委、上海交通大學(xué)醫(yī)工交叉等項(xiàng)目的資助。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2024.122985 

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