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東華大學何創龍教授團隊 Biomaterials:一種具有高彈性的超柔軟熱塑性生物降解彈性體用于動脈再生
2024-12-05  來源:高分子科技

  小口徑人工血管在臨床上有巨大需求,但長期缺乏有效的商業產品,組織工程技術是有望解決這一問題的一種十分有潛力的方法。動脈組織是典型的高彈性軟組織,并具有復雜的微觀多層次結構。為滿足應用需求及實現動脈再生,理想的組織工程血管替代物應同時兼顧多方面的性能,如具有與天然動脈相匹配的力學彈性,可促進細胞滲透生長的微觀多孔結構,以及與新生組織再生相適應的降解速率等。為實現這一目標,合適的支架基體材料是首要前提。然而,現有的支架材料在高彈性、加工性、降解性等方面常表現出互相矛盾、難以兼容的問題。因此,開發新的具有更好綜合性能的生物降解彈性材料對動脈修復等軟組織問題的解決具有重要意義。


  近期,東華大學何創龍教授團隊利用兩種雙官能團線性單體癸二酸和聚乙二醇-200共聚,開發了一種具有高彈性的超柔軟熱塑性生物降解彈性體(PPS),并以此彈性體為主體材料構建了一種三層結構的組織工程血管支架(圖1)。PPS是一種熱塑性聚酯材料,可溶于多種常見有機溶劑,具有良好的加工性。它在常溫下處于高彈態和非晶態,具有超高的彈性和反復拉伸性,在單一方向可承受超過自身32倍長的拉伸,在各個方向上拉伸可轉變為超薄超透明的狀態而不破裂,且在經歷極限拉伸后可完全恢復原狀(圖2)。它有良好的細胞相容性和組織相容性,并有適中的降解速率,體內完全降解預估在4-8個月(圖3)。PPS與常見生物材料有良好的復合性,通過靜電紡絲與不同材料復合得到的纖維膜呈現不同的纖維結構(圖4)。它與聚左旋乳酸(PLLA)結合,通過熱致相分離可得到一種具有連通大孔結構的彈性支架(S-80PPS-7%),其孔結構均勻,孔與孔間幾乎100%連通(圖4),體外條件下可有效誘導細胞滲透長入,支持細胞三維立體生長,體內條件下可快速誘導新生組織再生,是一種十分理想的組織工程多孔支架(圖5)。PPS與聚己內酯(PCL)通過靜電紡絲得到的復合纖維膜(m-60PPS)具有比純PCL更好的彈性、親水性和降解性,其管子具有與天然軟組織類似的拉伸力學特征(極低的初始模量),在圓周方向上的應力-應變曲線與天然動脈十分接近(圖6)。以m-60PPSS-80PPS-7%為內層和中間層構建的血管支架在體內具有良好的重塑效果,植入兔子頸動脈24周后管壁中有類似天然動脈的新生血管組織生成,形成比較規則的組織結構,包括連續的管腔內皮層,沿血流方向定向排列的內皮細胞,以及沿圓周方向定向排列的多層平滑肌層,預示了其強大的動脈組織誘導再生能力(圖7)。


PPS制備及三層血管支架構建示意圖。


2 PPS表征及力學性能測試。



PPS生物相容性和生物降解性。


4 PPS加工及與常見生物材料復合結構表征。



5 S-80PPS-7%支架體外、體內細胞滲透效果驗證。


6 m-60PPS表征及力學性能測試


7 PPS基三層血管支架體內重塑結果。


  該研究以“A super soft thermoplastic biodegradable elastomer with high elasticity for arterial regeneration為題發表在《Biomaterials》期刊。東華大學生物與醫學工程學院何創龍教授和上海交通大學醫學院附屬松江醫院心內科龐雅楠主治醫師為通訊作者,博士研究生賈亞聽為第一作者,碩士生徐鑫和神經外科醫生盧昊對血管植入動物實驗作了重要貢獻。該工作得到國家自然科學基金委、上海市科委、上海交通大學醫工交叉等項目的資助。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2024.122985 

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