家蚕丝素小口径人工血管优化设计及其原位诱导血管组织重建

In order to solve the key problems of thrombosis and restenosis, and the suitability problems of mechanical properties and degradation of artificial blood vessels, a novel biomimetic silk fibroin tubular scaffold (SFTS) is designed consisting of three distinct layers: a regenerated SF intima, a silk braided media treated by γ-ray and a regenerated SF adventitia. Meanwhile, some functional peptides or functional factors are introduced into SF molecules. Studying the cytotoxicity, cytocompatibility, blood compatibility, tissue compatibility, biodegradation and long-term patency rate of the SFTS. Optimizing the competitive ability of smooth muscle cell and endothelial cell co-culture, the quickly endothelial ability and the anticoagulation capability. Exploring the ability of in situ induced vascular remodeling, and the adaptation mechanism between the mechanical properties, degradation rate and vascular remodeling. Interior of the SFTS is 3-D pore structure for ingrowth of the smooth muscle cells and fibroblasts, inner surface is coarse interface with nano-micron pores for adhesion of endothelial cells. The SFTS is modified to endow the functions for quickly endothelialization, inhibition of intimal hyperplasia and anticoagulation, and endow the excellent mechanical properties and controllable degradation. The ultimate objective is to renew the functions of blood vessels themselves, and to achieve the integrity of the natural blood vessels, expecting to fill the gap of the small diameter artificial blood vessel in clinical.

针对目前小口径人工血管存在血栓和再狭窄的关键问题，以及力学性能和降解的适配性问题，根据血管微结构特征和功能，以γ-射线处理的丝素管状织物为芯层，渗透并包覆再生丝素蛋白多孔材料，同时利用丝素蛋白优越的极性基团引入功能肽或功能因子，优化构建一种三层仿生小口径管状支架。研究管状支架的细胞毒性、细胞相容性、血液相容性、组织相容性、生物降解性和近远期通畅率；优化平滑肌细胞和内皮细胞共培养的竞争性、体内快速内皮化能力和抗凝血性能；探究原位诱导血管重建的能力，以及降解速率调控、力学性能与血管重建的适配机制。构建的管状支架内部为三维连孔结构，利于平滑肌细胞和成纤维细胞长入，内表面为分布有少量纳微孔的粗糙界面，利于内皮细胞粘附；并赋予了支架原位快速诱导内皮化、抑制增生和抗凝血功能的修饰，以及优异的力学性能与降解可控性；最终恢复血管自身功能，达到自然血管的完整性和功能性。期望填补小口径人工血管的临床空白。

心脑血管疾病是严重威胁人类健康的常见病，每年心脑血管疾病死亡人数占总死亡人数的40%以上，血管移植是一种能彻底根除局部严重血栓和血管病变的重要手段，但小口径人工血管（<6mm）移植仍未能实现临床应用，尤其是临床常见的心脏搭桥术，目前最好的治疗方法是自体移植，但并不是每个人在需要使用一个旁路时都有足够的健康血管，同时会增加患者的感染发病率。目前，很大一部分血管疾病涉及小口径血管，所以国内外对临床可行的小口径人工血管的需求非常大。.小口径人工血管面临的主要问题是血栓和再狭窄引起的血流不通畅，鉴于这两个问题，项目从解决血栓形成和在狭窄的根本原因出发，根据血管微结构特征和功能，以丝素为基材、通过优化设计研制了一种新颖的三层仿生小口径人工血管。研究了小口径人工血管的细胞毒性、细胞相容性、血液相容性；研究了小口径人工血管的生物力学性能；研究了血管细胞共培养，研究了小口径人工血管体内快速内皮化能力和近远期通畅率；探究了小口径人工血管降解速率、细胞浸润与原位组织再生的能力。.构建的丝素小口径人工血管具有卓越的生物力学性能，轴向/径向抗拉强度稳定在750kPa/20MPa以上，轴向/径向断裂伸长率54-76%/354-399%，缝合强度大于22N，杨氏模量0.2-0.3MPa，弹性回复率79-95%。.四年期间开展了300余只新西兰大白兔颈总动脉移植的动物实验。移植一个月后形成了较完整的内皮层，三个月形成了与自身血管类似的完整内膜。1年后小口径人工血管的通畅率达95%以上，内腔均不发生狭窄。.小口径人工血管移植一个月后，支架内部浸润了大量的平滑肌细胞，并呈现胶原蛋白或弹性蛋白沉积；植入六个月，呈现较多的集束状成熟的胶原纤维与波浪状周向分布的弹性纤维，并随着时间的延长，有序排列的胶原纤维与弹性纤维逐渐增多，组织致密化，实现了原位血管的重建。.通过材料的选择、优化设计与体内外的反复研究，研制的产品解决了小口径人工血管血栓/再狭窄的根本性问题，实现了原位血管的重建，对于突破临床应用具有非常大的前景。