近日，中國科學院深圳先進技術研究院副研究員杜學敏研究團隊聯合華東師範大學教授張利東和香港大學教授王敏，設計構建了功能仿生的血管組織工程複合支架，並就複合支架調控血管內皮化展開研究，揭示了複合支架生物活性和力學性能影響血管內皮重塑的機制（圖1）。該項研究成果以Regulation Effects of Biomimetic Hybrid Scaffolds on Vascular Endothelium Remodeling 為題發表在材料期刊ACS Applied Materials & Interfaces上（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, DOI: 10.1021/acsami.8b06205），論文第一作者為深圳先進院博士趙啟龍，通訊作者為張利東和杜學敏。
研發功能性人工血管對於治療目前全球致死人數最多的心血管疾病具有重要意義，但目前人工血管材料嚴重受製於內皮化功能不足，植入後易發生血栓性栓塞而失效。為解決此難題，杜學敏團隊在前期工作中結合仿生智能材料（Advanced Materials, 2017, 29, 1702231；Advanced Materials Technologies, 2017, 2, 1700120），有效改善了血管的三維內皮化（Advanced Functional Materials, 2018, 1801027）。前期研究發現，在具有仿生生物活性和力學性能的納米纖維複合支架引導下，血管內皮重塑可得到更為有效的促進。然而，對於具有二元組分的複合支架材料，生物活性的增強通常造成力學性能下降，反之亦然。因此，為獲得理想的血管組織工程複合支架材料，需明確材料生物活性和力學性能調控血管內皮重塑的機制，以便設計具有優化組分的人工血管。
為此，研究團隊設計並構建了一系列具有不同彈性片段和細胞黏附片段比例的納米纖維複合支架，支架的生物活性和力學性能等支架性能可有效調控。研究發現，具有高比例細胞黏附片段的複合支架在細胞培養初期可有效促進血管內皮細胞黏著斑的形成（圖2），由此介導細胞與支架間較強的相互作用，對於內皮化初期的血管內皮細胞附著具有重要意義，而支架的力學性能則會對血管內皮細胞間相互作用的形成產生重要影響。在適當的力學性能增強的複合支架表面，血管內皮細胞在初期細胞黏附較低的情況下，仍然可實現融合的血管內皮細胞單層的快速形成（圖3），在結構和性能上具有更高的穩定性，確保了支架用於構建人工血管的極大潛力。綜上，複合支架材料的生物活性在調控血管內皮重塑中起主導作用，而力學性能亦是影響血管內皮重塑過程中血管內皮細胞間聯結形成的重要因素。理想的人工血管材料需在滿足材料力學性能要求的前提下具備盡量優化的生物活性。
相關成果不僅為促進血管內皮重塑提供了優化的複合支架材料，並對基於複合材料的人工血管設計具有重要指導意義，將有望有效推進新型人工血管材料的研發。
該研究工作得到了科技部重點研發專項（2017YFA0701303）、廣東省引進創新創業團隊（2013S046）、粵港科技合作資助計劃（2017A050506040）、深圳市孔雀團隊以及深圳市基礎研究（JCYJ20170307164610282）等的資助。
圖1. 具有彈性片段和細胞黏附片段的納米纖維複合支架對血管內皮細胞功能的調控
圖2. 血管內皮細胞在不同複合支架上的細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. 血管內皮細胞在不同複合支架上的細胞間相互作用情況。（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
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