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在水凝膠材料設(shè)計(jì)中，將血管生成的相關(guān)因子與水凝膠材料混合、包裹或者通過(guò)化學(xué)接枝，使其具備促血管生成的能力，對(duì)于組織損傷修復(fù)的研究極具應(yīng)用價(jià)值。而如何表征水凝膠材料的促血管生成能力是保證這些研究順利開展的重要前提。

 

在不同的研究方向中，如水凝膠微球、微針貼片、3D打印支架，由于其研究目的及課題的設(shè)計(jì)有所不同，研究人員對(duì)血管生成功能驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)安排也會(huì)略有差異。在不同的情況下研究人員一般會(huì)選擇哪幾種實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證血管生成功能呢？為方便大家順利開展與血管化有關(guān)的水凝膠實(shí)驗(yàn)，本文挑選了3個(gè)案例進(jìn)行說(shuō)明，供大家參考。

案例一：ACS Nano（IF=18.027 ）：水凝膠微球捕獲鎂離子促進(jìn)松質(zhì)骨再生；2021.08.03

 

圖1 復(fù)合微球具有“綜合多用途”功能，可促進(jìn)松質(zhì)骨的再生

 

研究人員利用金屬離子的配位反應(yīng)構(gòu)建了一種含有Mg2+的可注射水凝膠微球。為了研究水凝膠微球釋放的Mg2+對(duì)血管化的影響，研究人員選擇人臍靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞（HUVEC）作為模式細(xì)胞，將其分別與GelMA組、GelMA-BP組、GelMA-BP-Mg組這三組復(fù)合水凝膠微球的提取液進(jìn)行共培養(yǎng)；對(duì)于這種可釋放金屬離子的水凝膠微球，研究人員選擇了哪些具體實(shí)驗(yàn)來(lái)對(duì)促血管功能加以驗(yàn)證？

 

圖2 水凝膠復(fù)合微球的體外血管化表征

 

檢測(cè)方法：

 

體外血管生成實(shí)驗(yàn)、qPCR、Western-Blot

 

檢測(cè)結(jié)果：

 

（1）體外血管生成實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示，GelMA-BP-Mg組的血管成結(jié)數(shù)量最多、血管生成的總長(zhǎng)度最長(zhǎng)，這說(shuō)明該組復(fù)合微球釋放的Mg2+具有一定的血管生成活性；

 

（2）qPCR和Western-Blot實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示，GelMA-BP-Mg組VEGF和e-NOS表達(dá)水平顯著高于其他兩組，這些結(jié)果表明GelMA-BP-Mg組復(fù)合微球可有效釋放Mg2+，激活e-NOS和VEGF通路，促進(jìn)血管再生。

 

參考資料：

 

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c02147

 

案例二：Bioactive Materials（IF=16.874 ）：低溫3D打印雙傳遞支架促進(jìn)骨再生并增強(qiáng)血管形成；2020.08.12

 

圖3 一種雙傳遞支架，可促進(jìn)骨再生并增強(qiáng)血管形成

 

研究人員通過(guò)低溫3D打印制備了含有成骨肽(OP)的組織工程支架，再將一種血管生成肽(AP)包覆在支架表面。為了驗(yàn)證該復(fù)合支架上AP的促血管生成功能，研究人員選擇大鼠內(nèi)皮細(xì)胞(ECs)作為模式細(xì)胞，分別取T支架（空白組）、TV支架（含AP組）、TB支架（含OP組）、TVB支架（含OP/AP組）這四組支架的提取物與細(xì)胞進(jìn)行共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)；對(duì)于這種負(fù)載功能肽的3D打印支架，研究人員該選擇哪些血管化功能的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)？

 

圖4 支架的血管生成能力

 

檢測(cè)方法：

 

細(xì)胞存活實(shí)驗(yàn)（活死染色法）、細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)（劃痕實(shí)驗(yàn)）、體外血管生成實(shí)驗(yàn)

 

檢測(cè)結(jié)果：

 

（1）細(xì)胞存活實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，四組支架上的ECs均表現(xiàn)出非常高的存活率；

 

（2）細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，與空白組T支架相比，負(fù)載血管生成肽(AP)的TV和TVB支架提取物明顯增強(qiáng)EC的遷移，表明支架上AP的快速釋放加速了EC遷移；

 

（3）體外血管生成實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，與空白組T支架相比，TV、TB和TVB提取物促進(jìn)血管生成的環(huán)和血管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量多，說(shuō)明了AP的快速釋放是加速大鼠內(nèi)皮細(xì)胞（EC）促進(jìn)EC管的形成，由此促進(jìn)血管的生成。

 

參考資料：

 

https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2020.07.007

 

案例三：Advanced Science（IF=17.521）：一種具有抗氧化、抗炎、高效血管生成誘導(dǎo)能力的新型微針；2022.05.09

 

圖5 一種具有抗氧化、抗炎、高效血管生成誘導(dǎo)能力的新型微針

 

研究人員制備了一種雙功能微針貼片，該微針針尖內(nèi)核部分含有鐵-間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源的人工納米囊(Fe-MSC-NVs)。為了驗(yàn)證該微針Fe-MSC-NVs部分是否可以促進(jìn)血管生成，研究人員選擇人臍靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞（HUVECs）作為模式細(xì)胞，將其分別與PBS對(duì)照組、MSC-NVs組、Fe-MSC-NVs組三組材料進(jìn)行共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)；對(duì)于這種多功能的微針貼片，研究人員對(duì)其血管生成功能的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)該如何設(shè)計(jì)？

圖6 微針貼片的血管生成能力

 

檢測(cè)方法：

 

細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn)（EdU法）、細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)（劃痕實(shí)驗(yàn)）、體外血管生成實(shí)驗(yàn)

 

檢測(cè)結(jié)果：

 

（1）細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，F(xiàn)e-MSC-NVs的增殖率高于MSC-NVs的增殖率；

 

（2）細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，F(xiàn)e-MSC-NVs的細(xì)胞遷移率高于MSC-NVs；

 

（3）體外血管生成實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，F(xiàn)e-MSC-NVs促進(jìn)HUVEC管形成的效率比MSC-NVs高，具有管狀結(jié)構(gòu)更明顯、管數(shù)更高的特點(diǎn)。

 

參考資料：

 

https://doi.org/10.1002/advs.202103317

 

通過(guò)三個(gè)案例的學(xué)習(xí)，相信很多細(xì)心的小伙伴不難發(fā)現(xiàn)，雖然這些研究涉及的具體內(nèi)容不同，但大致都可簡(jiǎn)單概括為一個(gè)詞— “一分為二”。即，一種模式細(xì)胞（血管內(nèi)皮細(xì)胞）—將其與水凝膠復(fù)合材料共培養(yǎng)；兩類影響—水凝膠復(fù)合材料對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的行為影響（細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn)、細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)、體外血管生成實(shí)驗(yàn)）和血管生成相關(guān)基因蛋白的表達(dá)影響（實(shí)時(shí)熒光定量PCR、Western-Blot等分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)），拿到這些數(shù)據(jù)，大家離發(fā)Paper也不遠(yuǎn)了。