基于微流控多管凝胶纺丝技术的血管平滑肌组织构建及诱导内皮化研究

The uremia caused by chronic renal disease is a serious threat to human health. Artificial vessel arteriovenous fistula for the hemodialysis application has a huge market demand and clinical significance. However, the artificial vascular grafts have been proven unsatisfactory due to thrombosis and occlusion after transplantation. Improving the long-term patency rate of the artificial vascular graft is a world-wide problem. Previous studies have demonstrated that the vascular smooth muscle tissue (VSMT) can not only maintain the mechanical strength and compliance of the blood vessel, but also provide a microenvironment for the proliferation and differentiation of endothelial progenitor cells. We hypothesis that the VSMT could be constructed by simulating cellular alignment and contractile phenotype. The engineered VSMT would be helpful for the endothelial progenitor cell recruitment and differentiation and finally improve the long-term patency of the engineered blood vessel graft. In this study, we intend to adopt the multibarrel microfluidic spinning system to build the engineered VSMT by simulating the cellular circumferential alignment. The relationship between the physicochemical properties of scaffolds and the VSMT regeneration will be revealed. Moreover, we will explore the rapid endothelialization induced by the engineered VSMT and establish the interaction model between the engineered vascular smooth muscle tissue and endothelialization. This study aim at the problems faced by the clinical application of artificial blood vessels, achieve the functional bionics from the structural bionics, will provide a new route for the construction of the artificial vascular graft with long-term patency rate.

慢性肾脏病及其所引起的尿毒症严重威胁人类健康，人造血管内瘘移植物具有巨大的市场需求和临床意义，然而移植后易形成血栓且长期通畅率不高,这些问题均制约着其进一步的临床应用。已有研究发现：血管平滑肌组织不仅能维持血管的力学强度和顺应性而且为内皮祖细胞的增殖和分化提供微环境。我们推测：可以通过血管平滑肌组织的仿生构建，实现对内皮祖细胞的募集和分化，有助于构建长期通畅的人工血管组织。本项目拟采用微流控多管纺丝技术与纤维间的组装，构建出能模拟体内细胞取向生长和收缩功能的血管平滑肌组织，揭示支架材料的理化性能与拓扑结构等材料学因素对血管平滑肌组织再生的影响机制，进一步探讨构建的血管平滑肌组织与体内诱导快速内皮化的关系，建立“支架材料-血管平滑肌重建-内皮层再生”的相互作用模型。该研究针对目前人造血管临床应用中面临的诸多问题，实现真正意义上的结构仿生进而功能仿生，为构建长期通畅率血管提供新的思路。

慢性肾脏病及其所引起的尿毒症成为严重威胁人类健康的疾病，人造血管移植物具有巨大的市场需求和临床意义，然而移植后血栓形成和长期通畅率不高等问题制约着其进一步的临床运用。已有研究发现：血管平滑肌组织不仅能维持血管的力学强度和顺应性而且为内皮祖细胞的增殖和分化提供微环境。我们认为：可以通过血管平滑肌组织的仿生构建，进而有助于构建长期通畅的人工血管组织。针对目前血管组织工程的难题，本项目基于微流控技术的原理和天然血管组织中的基本结构特点，通过具有仿生血管组织的构建和组装，探索一种新的血管组织构建的方法。项目主要进展如下：1：模拟血管的多层结构的组装构建模式建立。从模拟天然血管的解剖结构出发，采用“自下而上”的模块化组织工程路线，基于微流控和凝胶纺丝组装技术，探索其相关组装的制造方法及组装模式，成功构建了模拟生理结构的血管内皮细胞和平滑肌细胞空间排列的工程化血管组织，并有效建立起细胞间相互作用的模型，从结构仿生进而实现功能仿生，为具有长期通畅率血管的构建提供一条新的思路。2：可用于平滑肌仿生构建的凝胶材料体系探索及其功能优化。针对以往血管平滑肌组织构建中存在的材料性能不可控导致的材料性能、降解速度与血管平滑肌组织再生匹配关系不明确的问题，通过模拟细胞外基质结构，调控制备参数、材料的组成以及化学改性度，制备出一系列新型凝胶材料体系，以实现提高其力学强度，调控降解行为、模拟细胞外基质结构以及实现相关生长因子的可控释放等功能，在与现有的微制造技术兼容的同时，增强凝胶基质的相关活性，以达到精确调控材料的理化和生物学性能实现血管平滑肌组织仿生构建的目的，揭示了支架材料的理化性能与拓扑结构等材料学因素对血管组织再生的机制。在本项目的实施过程中，本课题组共公开发表了科研论文10篇，其中SCI收录论文7篇，EI收录1篇，CSCD收录论文2篇，另外还有3篇论文在投，申请国家发明专利6项，完成了项目预定目标。