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  目前，小口徑人工血管（<6mm）的研究與應(yīng)用面臨諸多挑戰(zhàn)。這些血管常用于心臟病和周圍動(dòng)脈疾病治療，但因其直徑小，易發(fā)生堵塞和血栓。天然血管內(nèi)膜為一層光滑致密的內(nèi)皮細(xì)胞，中膜為填充在細(xì)胞外基質(zhì)中的平滑肌細(xì)胞。現(xiàn)有臨床應(yīng)用材料，如聚四氟乙烯（PTFE）和聚酯（如Dacron）血管，不能完美模仿天然血管的結(jié)構(gòu)和功能，彈性差導(dǎo)致血小板易沉積，表面疏水導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞難以附著，因此血栓形成風(fēng)險(xiǎn)較高。

  研究者首先將植物纖維素在離子液體中溶解后通過(guò)模具澆筑的方法進(jìn)行再生，制備了再生纖維素（RC）水凝膠管，然后將水凝膠管浸泡于一定濃度的甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）溶液中并添加交聯(lián)劑和光引發(fā)劑，最有通過(guò)紫外光聚合后水洗制備了再生纖維素-聚甲基丙烯酸羥乙酯（RC-pHEMA）雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠管。通過(guò)控制HEMA濃度、浸泡時(shí)間、光聚合時(shí)間使聚甲基丙烯酸羥乙酯在纖維素網(wǎng)絡(luò)中呈現(xiàn)梯度分布，實(shí)現(xiàn)表面光滑致密，內(nèi)部疏松多孔的仿生結(jié)構(gòu)；同時(shí)制備的復(fù)合管具有與天然血管相近的力學(xué)性能和彈性，可縫合、可彎曲。（圖1） 

【材料表征】

  研究者首先通過(guò)FTIR、NMR、XRD、XPS、分子模擬等表征方法證實(shí)了pHEMA在RC網(wǎng)絡(luò)中的分布以及相互作用。（圖2） 

  然后測(cè)試了復(fù)合材料的力學(xué)性能，縫線保留，爆破壓力，水接觸角并通過(guò)SEM觀察了材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示單純RC或pHEMA力學(xué)性能較差，二者復(fù)合后相互增強(qiáng)，力學(xué)性能顯著提升并與天然血管類似。SEM觀察證實(shí)了pHEMA在RC網(wǎng)絡(luò)中梯度分布，形成了表面光滑致密，內(nèi)部疏松多孔的仿生天然血管結(jié)構(gòu)。（圖3） 

【材料體外細(xì)胞和血液相容性】

  隨后利用人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVECs）和兔血測(cè)試了體外細(xì)胞和血液相容性。結(jié)果顯示RC-pHEMA無(wú)細(xì)胞毒性，不會(huì)影響細(xì)胞的正常增殖、黏附和遷移。RC-pHEMA不會(huì)引起溶血，重要的是相比于臨床使用的膨體聚四氟乙烯（ePTFE）人工血管，RC-pHEMA親水的表面可以使纖維蛋白原和血小板黏附量較少，這從源頭上減少了血栓形成。（圖4，圖5） 

【材料體內(nèi)植入】

  最后將RC-pHEMA移植替換兔頸動(dòng)脈，通過(guò)血管超聲發(fā)現(xiàn)植入3個(gè)月后管腔血流通暢，未見(jiàn)明顯狹窄，病理染色發(fā)現(xiàn)管壁內(nèi)側(cè)有內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)，管壁外側(cè)有新生血管形成，未見(jiàn)明顯炎癥反應(yīng)。對(duì)兔的其他器官（心、肝、腎）進(jìn)行病理分析顯示RC-pHEMA不會(huì)對(duì)全身重要臟器產(chǎn)生影響。（圖6） 

  綜上所述，梯度擴(kuò)散和聚合方案使RC-pHEMA人工血管能夠復(fù)制天然血管的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械/界面性能，具有良好的生物相容性和體內(nèi)植入的通暢性。本研究開(kāi)發(fā)的簡(jiǎn)單、高效、可控的策略為纖維素基小口徑人工血管的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供了新的可能性，同時(shí)也為制備其他仿生材料提供了參考。

  論文信息：Miao Tian¹, Jianbo Shuai¹, Brandon A. Bishop, Wei Zhang, Jimei Chen*, Xiaohui Wang*. Plant cellulose-based biomimetic artificial Small-Diameter vascular materials enabled by gradient Dual-Network entanglement. Chemical Engineering Journal 476 (2023) 146751. DOI: 10.1016/j.cej.2023.146751.

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146751

  下載：Plant cellulose-based biomimetic artificial Small-Diameter vascular materials enabled by gradient Dual-Network entanglement