【EFL进展】IJEM:3D打印小口径人工血管

人工血管作为桥血管在临床上应用广泛。然而，当人工血管直径小于6毫米时，由于平滑肌细胞的异常增殖，极易发生血管内膜增厚，进而引起血管再狭窄，因而目前仍没有一个可用于临床的商业化产品。增大血管支架的孔径有利于人工血管植入体内后平滑肌细胞的迁移及成熟，进而加速人工血管体内再生。

静电纺丝技术是构建小口径人工血管的常用方法，但受该技术所限，其构建的血管管壁孔径不能很好的满足细胞迁移的需求，迁移进入血管管壁的细胞会在体内植入一段时间后发生凋亡和坏死，最终引起管壁钙化。3D打印也被用于人工血管研发，但由于传统3D 打印精度较低（打印的纤维直径在几百微米），所打印的纤维网络硬度大大超过了天然血管，易导致血管凝血发生，且其超大孔径也易引起血液渗漏。

能否模拟血管的结构，构造出精确仿生的人工血管？

EFL团队3D打印了高精度仿生的内外双层人工血管。该人工血管内层的有序结构，模拟了具有可收缩舒张的血管中膜。外层具有较高的拉伸模量，模拟了血管外膜，起到防止血管破裂、血液渗漏的作用。3D打印的人工血管植入体内1 个月后，在体内血流的刺激下，内层成功诱导了平滑肌层的快速重建及内皮化；而外层则诱导了血管外膜组织的再生，重塑了天然血管的三层结构，实现了血管在体内快速有序再生。相关论文“3D printed grafts with gradient structures for organized vascular regeneration”发表在 《International Journal of Extreme Manufacturing》 期刊上。浙江大学机械工程学院贺永教授、浙江大学医学院附属邵逸夫医院心内科傅佳寅特聘研究员为论文通讯作者，浙江大学机械工程学院陈跃威博士为该论文第一作者。

内外双层仿生人工血管设计

人工血管内层是大孔径有序纤维支架，且具有可收缩舒张的力学特点，模拟了血管的中膜。外层是小孔径有序纤维支架，具有较高的拉伸模量，模拟了血管的外膜，起到防止血管破裂、血液渗漏的作用。

图一：内外双层仿生人工血管设计

内外双层仿生人工血管结构表征

该人工血管内层是纤维直径为35 微米，孔径为200 微米的有序纤维支架；外层是纤维直径为16 微米，孔径为25微米的有序纤维支架。

图二：内外双层仿生人工血管结构表征

内外双层仿生人工血管力学表征

内外双层仿生人工血管内层具有可收缩舒张的力学特点，模拟了血管的中膜。外层具有较高的拉伸模量，模拟了血管的外膜，起到防止血管破裂、血液渗漏的作用。

图三：内外双层仿生人工血管力学表征 

内外双层仿生人工血管可实现体内血管组织快速有序再生

植入体内1个月后，在体内血流的刺激下，内层大孔径支架成功实现了平滑肌层的快速重建以及自发内皮化；而外层小孔径支架则诱导了血管外膜组织的再生，重塑了天然血管的三层结构。

图四：内外双层仿生人工血管促进血管三层结构有序再生

再生人工血管具有与天然血管接近的力学特点

再生的3D打印人工血管与静电纺丝血管相比，细胞外基质分布与天然血管更为接近。此外，再生人工血管顺应性也更接近天然血管。

图五：再生人工血管力学表征

【展望】研究人员开发了一种新型人工血管，有望应用于血管移植、搭桥手术、动静脉造瘘等血管相关手术。

论文链接：https://doi.org/10.1088/2631-7990/ad2f50