太原理工黃棣教授團(tuán)隊(duì)：同軸打印小直徑人工血管方面取得重要進(jìn)展

來源：高分子科技

太原理工大學(xué)黃棣教授課題組在《Composites Part B: Engineering》期刊上在線發(fā)表了題目為“Rapid formation of ultrahigh strength vascular graft: Prolonging clotting time micro-dimension hollow vessels with interpenetrating polymer networks”的研究論文,，太原理工大學(xué)碩士研究生徐慧倫為論文的第一作者,，魏延副教授、趙麗琴副教授,、黃棣教授為論文的共同通訊作者,，本研究在同軸打印制備力學(xué)性能突出、抗凝血小直徑人工血管方面取得新進(jìn)展,。

臨床上血管阻塞以及動(dòng),、靜脈分流等對人工血管需求量極大，自體移植是血管修復(fù)和置換的黃金標(biāo)準(zhǔn),，但其來源與長期的通暢性使自體移植受到了限制,。直徑大于5 mm的人工血管在臨床上已成熟應(yīng)用，但小直徑人工血管的臨床應(yīng)用仍是巨大挑戰(zhàn),，主要在于合成材料與血管順應(yīng)性不匹配,、抗凝血不足，會(huì)導(dǎo)致的吻合口內(nèi)膜增生以及再阻塞問題,。因此,，制備滿足移植部位各方面需求的小直徑人工血管是目前的一個(gè)難點(diǎn)。

利用聚乙烯醇與海藻酸混合生物墨水,，基于同軸打印的方式制備了微尺寸人工血管,。借助聚乙烯醇海藻酸雙交聯(lián)形成的互穿網(wǎng)絡(luò)，人工血管力學(xué)性能表現(xiàn)優(yōu)異（彈性模量=450 kPa,爆破壓=181.5 mmHg,，順應(yīng)性=34.87 ± 4.27%）（圖1）,。

圖1.a-d：人工血管微觀結(jié)構(gòu)；e：單軸拉伸實(shí)驗(yàn)（應(yīng)力應(yīng)變曲線,，彈性模量,，斷裂伸長率與極限應(yīng)力）；f-j：爆破壓與順應(yīng)性測試

同時(shí)混合生物墨水中的大量自由羥基使得該人工血管表現(xiàn)出優(yōu)異的親水性,，顯著提高了材料表面的白蛋白/纖維蛋白吸附比,，這是降低血小板活化程度的關(guān)鍵。同時(shí),，材料中攜帶的羥基和羧基等電負(fù)性基團(tuán),，使得材料和血液中的主要成分之間出現(xiàn)輕微相互排斥，降低了材料表面對血液中主要成分的吸附作用,，減少了移植過程中血栓的形成量體外凝血三項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中,，相較于空白血漿組表現(xiàn)出可以延長凝血時(shí)間的特性（圖2）,。

圖2.人工血管與纖維蛋白，水與血漿的接觸角（a-c）,；血液相容性實(shí)驗(yàn)（d-i）,；凝血三項(xiàng)實(shí)驗(yàn)（凝血酶時(shí)間(TT)試驗(yàn)、凝血酶原時(shí)間(PT)和活化部分凝血酶時(shí)間(APTT)）（j-l）

在體外血液循環(huán)實(shí)驗(yàn)中也表現(xiàn)出不易引起凝血反應(yīng)的特點(diǎn),，在半體內(nèi)動(dòng)靜脈分流實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)為低血栓形成量的特點(diǎn),。將該種材料做大鼠皮下包埋實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在移植14天后,，材料與周圍組織之間生長情況良好,，微血管量增加，表現(xiàn)出良好的生物相容性(圖3),。

圖3.體外血液循環(huán)實(shí)驗(yàn)（a-c）,半體內(nèi)動(dòng)靜脈分流實(shí)驗(yàn)（f-j）,大鼠皮下包埋實(shí)驗(yàn)（k-l）

在該項(xiàng)工作中,，作者報(bào)道了利用同軸打印聚乙烯醇海藻酸生物墨水，兼顧了人工血管對力學(xué)性能與生物性能的需求,，表現(xiàn)出了抗凝血方面的潛力,，為制備臨床用小直徑人工血管提供了新選擇,，對小直徑人工血管分子結(jié)構(gòu)和血液成分之間相互作用機(jī)理進(jìn)行了探討（圖4）,。

圖4.人工血管分子結(jié)構(gòu)和血液成分之間相互作用

該工作得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、山西浙大新材料與化工研究院項(xiàng)目,、山西省留學(xué)人員科技活動(dòng)擇優(yōu)資助項(xiàng)目的支持,。

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https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.110456