3D打印可生物降解的靜脈支架及其調(diào)節(jié)靜脈移植物的重塑機(jī)理

來源：上普生物

隱靜脈移植物作為冠狀動(dòng)脈搭橋術(shù)（CABG）中最常用的導(dǎo)管,，但其缺點(diǎn)是由于內(nèi)膜增生而容易發(fā)生再狹窄,，近期,，上海交通大學(xué)瑞金醫(yī)院趙強(qiáng)教授,、葉曉峰副教授,、東華大學(xué)游正偉教授課題組聯(lián)合在BioMaterials期刊上發(fā)表了“A novel biodegradable external stent regulates vein graft remodeling via the Hippo-YAP and mTOR signaling pathways”的文章，通過旋轉(zhuǎn)軸打印了PCL可降解靜脈支架,，該支架對(duì)內(nèi)膜增生具有出色的抑制作用,。并可通過Hippo-YAP信號(hào)通路調(diào)節(jié)靜脈移植物重塑。

研究背景
冠狀動(dòng)脈搭橋術(shù)（CABG）已被證實(shí)可有效改善冠狀動(dòng)脈疾病的預(yù)后,，這是全世界主要的公共衛(wèi)生問題,。盡管越來越多的證據(jù)表明，使用動(dòng)脈導(dǎo)管進(jìn)行冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)（CABG）具有多種優(yōu)勢(shì),，但隱靜脈移植物（SVG）由于其可用性和長(zhǎng)度而仍然是最常用的導(dǎo)管,。作為CABG中最常用的導(dǎo)管，隱靜脈移植物的缺點(diǎn)是由于內(nèi)膜增生而容易發(fā)生再狹窄,。除了許多病理反應(yīng)外,，內(nèi)膜增生的靜脈移植物重塑主要負(fù)責(zé)管腔再狹窄,。在連續(xù)的循環(huán)拉伸過程中，由于動(dòng)脈回彈,，該過程趨于不受控制,，并伴有血管平滑肌細(xì)胞（SMC）增殖，以適應(yīng)動(dòng)脈循環(huán),。因此,，臨床上迫切需要減少靜脈移植物重塑的策略。

為了滿足緊急的臨床需求,，采用外部支架（eStents）并闡明其功能的潛在機(jī)制對(duì)于預(yù)防靜脈移植物衰竭很重要,。研究者使用旋轉(zhuǎn)4軸打印技術(shù)，制造了一種新型的可生物降解的支架,，該支架對(duì)內(nèi)膜增生具有出色的抑制作用,。并可通過Hippo-YAP信號(hào)通路調(diào)節(jié)靜脈移植物重塑。此外,，作為藥物遞送媒介，設(shè)計(jì)了雷帕霉素（RM）涂層的eStent,，以通過Hippo和哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶標(biāo)（mTOR）信號(hào)通路的協(xié)同作用,，增強(qiáng)eStent對(duì)內(nèi)膜增生的抑制作用�,？偟膩碚f,，這項(xiàng)研究揭示了eStent功能的潛在機(jī)制，并確定了預(yù)防靜脈移植物再狹窄的新治療靶標(biāo),。

旋轉(zhuǎn)打印支架
盡管PCL是一種塑料材料,，但纖維編織物支架表現(xiàn)出出色的柔韌性，可拉伸性和彈性,，可實(shí)現(xiàn)彎曲以及拉伸和壓縮變形,，因此，研究者以PCL為材料,，通過4軸聯(lián)動(dòng)生物3D打印機(jī)實(shí)現(xiàn)PCL可降解支架的打印制造,。

圖1 旋轉(zhuǎn)4軸打印可降解PCL支架

該支架可以有效地防止在靜脈中出現(xiàn)不利的血管扭結(jié)，并保持其原始的管狀結(jié)構(gòu)和大角度彎曲變形,。

血管重塑的調(diào)節(jié)
由于缺乏機(jī)械支持并充滿動(dòng)脈血,，移植后立即在非支架移植物（Non-Stented）中觀察到血管擴(kuò)張。但是,，在PCL支架組中,，支架起到了徑向抗擴(kuò)張作用，有效地限制了靜脈移植物的擴(kuò)張,。此外,，血管超聲檢查顯示，非支架組的靜脈移植物直徑在植入后隨時(shí)間逐漸增加，幾乎是原始移植物直徑的1.5倍,。相比之下,，PCL組的靜脈移植物直徑幾乎沒有變化，與原始動(dòng)脈和靜脈的直徑一致,。

圖2 打印的PCL支架可防止靜脈移植物擴(kuò)張并調(diào)節(jié)血管重塑

抑制靜脈內(nèi)膜的內(nèi)膜增生
如H＆E染色所示,，與PCL組相比，非支架組中每個(gè)觀察點(diǎn)的壁厚和內(nèi)膜面積均顯著增加,。由于形成了新內(nèi)膜,，在非支架組中管腔丟失更為明顯，引起相關(guān)的管腔狹窄,，而在PCL組中則減弱了,。

圖3 打印的PCL支架抑制靜脈內(nèi)膜的內(nèi)膜增生

植入支架后基因和活性的差異表達(dá)
在果蠅和哺乳動(dòng)物中都保留了Hippo信號(hào)通路，并在調(diào)節(jié)器官大小和細(xì)胞增殖中起作用,。結(jié)果表明非支架移植物中的Hippo相關(guān)分子水平高于PCL支架移植物中的水平,。免疫組織化學(xué)染色顯示，與支架移植相比,，非支架移植物中TGF-β的表達(dá)增加,，這反映了細(xì)胞增殖增強(qiáng)和ECM產(chǎn)生上調(diào)。與無支架的移植物相比,，在帶支架的移植物中觀察到更高水平的eNOS,，這反映了內(nèi)皮功能良好。

圖4 植入支架后Hippo信號(hào)傳導(dǎo)途徑的基因和活性的差異表達(dá)

涂層支架對(duì)內(nèi)膜增生的抑制作用及基因表達(dá)的影響
已證實(shí)使用RM（雷帕霉素）涂層的藥物洗脫支架可有效防止支架血栓形成和支架內(nèi)再狹窄,。結(jié)果表明,，支架還通過mTOR信號(hào)傳導(dǎo)途徑介導(dǎo)了靜脈移植物重塑。通過使用RM涂層的支架,，可以更有效地抑制移植物中的內(nèi)膜增生,。與無藥物的支架移植相比，mTOR和Hippo相關(guān)蛋白均減少,。因此,，通過調(diào)節(jié)Hippo和mTOR信號(hào)通路的協(xié)同作用，RM涂層的支架可以有效抑制內(nèi)膜增生,，因?yàn)镽M涂層支架遞送后的移植物壁厚比僅支架遞送后薄,。盡管降低的YAP表達(dá)與增加的RM濃度相關(guān)，但仍不確定RM是否可以直接調(diào)節(jié)YAP活性,。

圖5涂層支架對(duì)內(nèi)膜增生的抑制作用

圖6 應(yīng)用涂層支架后Hippo和mTOR信號(hào)通路的活動(dòng)

總結(jié)
研究者通過旋轉(zhuǎn)軸打印技術(shù),，制造了具有抗擴(kuò)張?zhí)匦裕�有效限制靜脈移植物擴(kuò)張并抑制新內(nèi)膜形成的新型可生物降解PCL 支架,。并發(fā)現(xiàn),，該支架抑制血管重塑的作用機(jī)理與Hippo信號(hào)通路中YAP的活性有關(guān),，這受可變的機(jī)械刺激影響。此外,，與mTOR抑制劑一起,，RM涂層支架在抑制靜脈移植物內(nèi)膜增生方面表現(xiàn)出改善的性能。因此,，這項(xiàng)工作為臨床上成功應(yīng)用該支架技術(shù)提供了有希望的治療目標(biāo)和決定性證據(jù),。

圖7支架對(duì)靜脈移植物的抗內(nèi)膜作用機(jī)理的示意圖。

參考文獻(xiàn)

Yang Q , Lei D , Huang S , et al. A novel biodegradable external stent regulates vein graft remodeling via the Hippo-YAP and mTOR signaling pathways[J]. Biomaterials, 2020:120254.