聚合物熔融纺丝纤维与脱细胞基质构成的杂化人工血管材料的构建与功能修饰研究

Small-diameter vascular grafts should have good biocompatibility, mechanical property and patency. Synthetic materials possess good processability and mechanical properties. Decellularized extracellular matrix possesses excellent biocompatibility and can facilitate the remodeling process. However, up to date, it is a difficult problem to fabricate small-diameter vascular grafts possessing the advantages of both the synthetic materials and the dECM. In this study, we will employ the biodegradable polymer melt-spun fibers-wrapped tube as a templet for the formation of host-derived tissue capsule at the subcutaneous implantation site. After explanation, the tube will be removed and the tissue capsule will be dececellularized to reduce the immunogenicity, thus leaving behind the hybrid artificial vascular grafts consisting only of melt-spun fibers and dECM. To achieve the long-term patency of the hybrid vascular grafts in vivo, the heparin will be covalently conjugated to the grafts. The grafts will be further functionalized with the endothelialization-promoting pepides by using collagen-binding peptide (CBP). Finally, the animal vascular implantation model will be used to evaluate the patency and tissue regeneration capacity of the hybrid vascular grafts. In order to acquire some vascular grafts owning clinical application prospects, the construction conditions of the vascular grafts will be optimized according to the evaluation results.

小口径人工血管应具备良好的生物相容性、力学性能和长期通畅性。聚合物材料具有良好的可加工性和力学性能。脱细胞基质材料具有优异的生物相容性和良好的组织再生性。如何将两者的优势整合起来用于血管材料的构建仍然是一个难题。为此，本项目拟采用载有聚合物熔融纺丝纤维骨架的管体作为模板，将其植入动物皮下，利用宿主对外源物自发的免疫包裹反应形成管状组织，移除管体后经脱细胞处理，获得由聚合物纤维与脱细胞基质构成杂化人工血管材料。为了实现杂化血管材料的长期通畅，本项目拟通过肝素与脱细胞基质的交联使其具有抗凝血性能；基于细胞外基质富含胶原的特性，通过胶原特异结合肽将促内皮化多肽修饰到材料表面，使其具有促进内皮化的功能。通过动物体内血管移植，研究杂化血管材料力学性能、脱细胞基质组成以及功能修饰对血管通畅与组织再生的调控作用，根据结果优化杂化血管材料的构建与功能修饰，以获得具有临床应用前景的新型人工血管。

目前，临床上尚无可以医用的小口径人工血管产品，因此，研发性能优异的小口径人工血管具有重要的临床意义。本项目的研究思路是将聚合物材料良好的力学性能和细胞外基质材料优异的生物相容性进行整合，进而获得性能优越的小口径人工血管。为此，本项目将载有聚合物熔融纺丝纤维骨架的管体作为模板，植入动物皮下，待宿主细胞和细胞基质填充骨架孔隙后，成功制备了聚合物纤维骨架增强的体内工程化血管。通过力学测试基本明确了聚合物骨架的纤维结构（纤维直径、纤维排布角度与纤维粘结度）与所获得的增强型体内工程化血管力学性能之间的关系，并基于大鼠腹主动脉移植后的通畅与再生结果，筛选出了最优的聚合物纤维骨架结构。优化后的聚合物纤维骨架植入犬和羊的皮下，同样能够制备出增强型的体内工程化血管，并在犬颈动脉移植（7个月移植期）和羊颈动脉/颈静脉造瘘模型（3个月移植期）中，展现了良好的通畅性、顺应性、再生性、穿刺闭合性。为了提高上述聚合物纤维骨架增强型体内工程化血管的血液相容性，我们将PEG化磷脂（DMPE-PEG）分别与EPC捕获多肽TPS和抗凝分子BVLD共价结合，通过DMPE-PEG与细胞膜的疏水相互作用，将两种生物活性分子锚定在体内组织工程人工血管内腔活细胞的表面，可在不使用抗凝药的情况下，在犬颈动脉移植模型中维持了良好的通畅性，并实现了内皮快速再生。聚合物纤维骨架增强型体内工程化人工血管由自体细胞构成，仅可用于自体移植，我们对其实施有效的脱细胞处理，制备出了聚合物纤维骨架与脱细胞基质有效整合的杂化血管材料，肝素抗凝修饰后可用于异种移植。该杂化血管材料在大动物血管移植模型中实现长期通畅和良好再生。目前，该杂化血管制备技术已进入科研成果转化阶段，可在GMP车间实现量化生产，并获得了多项人工血管检测报告，有望填补小口径人工血管的市场空白。