生物活性小口径人工血管的构建及诱导血管再生机制研究

The high restenosis rate of small-diameter vascular grafts has restrained its clinical application. The main bottle-neck in this research is that the regeneration mechanism of small-diameter vascular grafts is clear yet. The challenge is to achieve rapid endothelialization, regeneration of tunicae media and adventitia and prevention of late stage restenosis. Under the old and sick conditions, the regeneration of vascular grafts is more difficult. The function of endothelium often declines in late stage, which caused vascular wall calcification, neointimal formation and complete occlusion of the implants. In this project, we will use transgenic mice and bone marrow transplantation mice to investigate the regeneration mechanism of vascular grafts, the source of vascular cells and their migration route. We will also investigate the regulatory role of macrophages and explore the key active substances that play critical role in vascular regeneration. Following the mechanism study, we will fabricate vascular grafts with aligned pores and fibers that can well facilitate the regeneration of the three vessel layers. We will further modify these grafts with VEGF, NO, protein XBP1 and DDK3 peptide in suitable composition, dosage, immobilization manner, spatial distribution and release profile. We will perform certain amount of rat and rabbit experiment to verify the regeneration mechanism found in the mouse study and systemically evaluate the regeneration capacity of the small diameter vascular grafts which we prepared with the optimized techniques. In the end, we will carry on large animal tests and evaluation in diseased rats and rabbits to further investigate the effect of structure and bioactive modification on vascular regeneration. These animal experiments will help to further optimize the preparation of vascular grafts which may lead to potential vascular graft products for clinical treatment.

小口径人工血管的再狭窄发生率高，制约了其临床应用。研究的瓶颈主要是对血管再生的机制还没有认识清楚，需要解决的是快速内皮化、中膜外膜再生以及远期再狭窄问题。在老年和疾病条件下血管再生困难，后期发生内皮功能退化、血管壁钙化和新内膜增生，导致血管再狭窄或堵塞。本项目将利用转基因和骨髓移植小鼠进行血管再生机制研究，研究血管再生细胞的来源和迁移途径，认识巨噬细胞的调控机制，发现起关键作用的血管活性物质。制备孔结构和纤维取向适合血管三层膜再生的血管材料，用VEGF、NO、蛋白XBP1和DDK3多肽等活性物质修饰人工血管，优化这些活性物质的配伍、剂量、固定方式、空间分布和释放。进行大量的大鼠和兔体内植入实验，验证小鼠实验发现的血管再生机制，系统研究所构建的活性人工血管的再生性能。进行大动物和疾病模型动物的体内实验，进一步研究人工血管的构效关系和优化人工血管的制备，力争获得具有临床应用前景的人工血管材料。

小口径人工血管由于内皮化缓慢、血栓发生、内膜增生和钙化导致失败率很高。一直以来未产生符合临床要求的血管产品。对人工血管组织再生的机制没有认识清楚，对提高组织再生和长期通畅率尚无有效策略。.在本项目资助下，我们深入系统的研究了人工血管的再生机制，包括血管细胞来源、巨噬细胞的作用、平滑肌细胞调控、外膜血管化、组织再生微环境调控、活性物质修饰和血管结构参数等。经过大量的血管再生机制研究和疾病动物模型研究，逐渐发展了“纤维增强型细胞外基质组织工程血管技术”。采用动物皮下埋植制备组织工程血管的技术路径，与文献技术不同，我们利用独创的可降解聚合物纤维骨架，既提供力学支撑，又引导成纤维细胞的迁入和细胞外基质的积累，获得的生物管具有优良的力学弹性和活性。在大量的大鼠腹主动脉血管移植研究的基础上，不断优化人工血管的性能，分别在犬、羊、猪颈动脉移植、心脏搭桥、动静脉瘘等模型中进行了验证，与ePTFE人工血管进行对比。犬实验持续12个月，进行了超声、核磁、血管造影和功能等检测。本项目创制的纤维增强型细胞外基质人工血管显示出优异的生物安全性、组织再生性、长期通畅性和血管功能性。在动静脉瘘实验中表现出优越的耐穿刺和易止血性能。.发表30篇标注论文，包括Nature Communications，Circulation Research，Advanced Science，Biomaterials和Arterioscler Thromb Vasc Biol.等。申请发明专利约20项，包括PCT和美国专利。一项专利技术以540万元作价入股，实施了转化，实现了批量生产，已进入临床前评价阶段。另1项血管专利技术以120万元进行了转让。培养5名博士、6名硕士，2名博士后、1名国家杰青。获得天津市自然科学一等奖，团队入选国家自然科学基金委创新研究群体，获得天津市模范集体。项目负责人入选世界生物材料与工程国际联合会Fellow。组织6次有关组织工程血管研究的国际、国内学术会议，受邀在国际、国内学术会议做有关组织工程血管的邀请报告30余次。