近日，太原理工大學(xué)黃棣教授課題組發(fā)表了題目為《超高強(qiáng)度血管移植物的快速形成：具有互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)的微尺寸空心血管延長凝血時(shí)間》的研究論文。
在臨床上，多種心血管疾病尤其是血管阻塞、血管損傷等，對(duì)人工血管的需求量非常大，甚至可以用供不應(yīng)求來形容。針對(duì)較大尺寸的血管，現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，比如滌綸、聚四氟乙烯、聚氨酯等為主的材料。在力學(xué)性能與長時(shí)間服役上，這種人工血管都有著突出表現(xiàn)。
但是，如果用這些比較成熟的材料直接制備小直徑人工血管，表現(xiàn)卻并不理想。主要原因就是這些合成材料的順應(yīng)性普遍較低，與天然血管之間會(huì)出現(xiàn)血管順應(yīng)性不匹配的現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致吻合口的位置形成內(nèi)膜增生。并且，這些聚合材料與血液之間產(chǎn)生的界面反應(yīng)，也會(huì)提高小直徑人工血管的堵塞率，從而影響使用壽命。對(duì)于小直徑人工血管來說，由于它的使用部位特殊，血液流動(dòng)速度一般比較慢，因此血流動(dòng)力不強(qiáng)，故也很難通過血流動(dòng)力沖刷掉血管壁上形成的微小血栓。一旦血管壁上形成血栓，就會(huì)導(dǎo)致血小板活化、纖維蛋白纏繞等問題，最終形成更大的血栓，給整個(gè)血管帶來堵塞。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(gè)難點(diǎn)。
針對(duì)小直徑人工血管的這些問題，太原理工大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教授黃棣團(tuán)隊(duì)開發(fā)了由聚乙烯醇和海藻酸鹽的復(fù)合材料制備的人工血管。這種人工血管具備突出的力學(xué)性能、適當(dāng)?shù)捻槕?yīng)性以及可抗凝血等特性。
這些特性是通過復(fù)合材料聚乙烯醇與海藻酸攜帶的大量自由羥基來實(shí)現(xiàn)的，以羥基為主的復(fù)合材料帶來了良好的親水性與電負(fù)性。在材料與血液發(fā)生界面反應(yīng)時(shí)，材料的親水性與材料表面的電荷都會(huì)起到很重要的作用。
親水性的材料會(huì)提高復(fù)合材料的白蛋白/纖維蛋白黏附比，而白蛋白可以起到降低血小板活化的作用。當(dāng)血小板遇到外來物質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)生不同程度的活化，比如會(huì)從循環(huán)態(tài)血小板變成樹突狀血小板。
樹突狀血小板被停止刺激后，則會(huì)恢復(fù)成循環(huán)態(tài)血小板。但是，樹突狀血小板繼續(xù)被刺激的話，就會(huì)變成粘性血小板。粘性血小板會(huì)聯(lián)合纖維蛋白進(jìn)行纏繞，進(jìn)而引發(fā)凝血級(jí)聯(lián)反應(yīng)，從而形成血栓腫塊。因此，親水材料具備的高的白蛋白/纖維蛋白黏附比，可以降低由血小板活化引起的凝血反應(yīng)。同時(shí)，復(fù)合材料攜帶的電負(fù)性，也會(huì)對(duì)材料的血液相容性產(chǎn)生影響。
由復(fù)合材料制備而成的人工血管，在進(jìn)入血液環(huán)境以后，所接觸血液中的主要成分呈負(fù)電性，復(fù)合材料也呈負(fù)電性，同種電荷之間所產(chǎn)生的靜電互斥作用，這會(huì)讓材料不易與血液中的主要成分發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而降低對(duì)血液主要成分所產(chǎn)生的傷害，借此提高材料的血液相容性。同時(shí)這也說明，該團(tuán)隊(duì)通過使用這種復(fù)合材料，改善了小直徑人工血管所面臨的兩個(gè)難題。
據(jù)介紹，經(jīng)過多次的預(yù)實(shí)驗(yàn)，研究人員才摸索出合適的打印參數(shù)，初步實(shí)現(xiàn)了小直徑人工血管的快速制備。最終實(shí)現(xiàn)只需設(shè)定好打印的生物墨水進(jìn)料速度、打印溫度與打印距離，就可以大量快速地制備出這種小直徑人工血管。
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