一、研究背景

每年有 1 700 万人死于心血管疾病，而动脉硬化是导致这种疾病的主要原因之一。药物和手术是目前治疗无症状动脉血栓患者的方法。然而，由于患者的健康状况或以往的血管移植手术史，自体血管的供应有限或不足。不可降解的人工血管植入物通常用于外科干预。然而，组织炎症和纤维化会导致植入物在患者体内 10 年的存活率降低。为了克服与使用不可降解植入物相关的局限性和替代血管植入物的稀缺性，组织工程学开发了可降解血管支架，可替代自体血管。虽然大直径合成血管支架已显示出良好的临床效果，但小直径（小于 6 毫米）支架的临床应用仍面临巨大挑战。

电纺丝技术被广泛用于生产模仿细胞外基质（ECM）的纤维支架。这些生物工程支架与天然组织的形态非常相似，有利于细胞增殖。然而，利用这种技术制造三维仿生结构仍是一项持续的挑战。对于血管来说，它们是带状结构。动脉壁由三层组成，即内膜、中膜和外膜。内膜直接与血液相互作用，起着抗血栓屏障的作用，其特点是 ECM 成分的随机排列。中膜由平滑肌细胞（SMC）组成，ECM 呈平行排列。血管外壁由成纤维细胞组成，ECM 呈随机排列。在本试验中，每层生物支架的纤维排列和功能都是根据血管组织的特点设计和制备的。

传统的静电纺丝设备采用高速旋转的杆来收集排列整齐的纤维，但由于电极之间的距离较长，因此在控制纤维排列整齐方面面临挑战。纤维的形成受电气和非电气参数的影响。与扁平纤维毡的制造相比，小直径管状支架的制造需要更高的旋转速度，这往往会导致纤维分布不均匀，外围区域比中间区域薄。相比之下，湿电纺技术允许对纤维排列进行物理重排。这种方法通过增加液体体积来稳定纤维收集，并利用液浴收集器加速纤维凝固，从而形成特定的纤维排列。我们认为，这种方法可以通过控制收集液的流速，以稳定的方式获得高多孔纤维支架。此外，这种技术还能高效、经济地在收集器上纺丝和排列纤维，从而形成有序、平行的纤维排列。

本实验旨在制造一种模仿天然血管的小直径三层血管支架。创新的制造方法和用于制造三层仿生支架的材料设计可在结构上与天然血管组织相匹配。PCL 具有较高的机械性能和生物相容性，但缺乏细胞识别位点，在体内会逐渐降解。为了解决这些问题，我们将 PCL 与明胶和肝素混合。明胶具有较高的生物降解性和生物相容性，而肝素则能静电结合生长因子，促进局部血管生成和内皮细胞增殖。为了满足血管外层的机械要求，PCL 与 PLGA 结合使用。

该研究采用了一种创新方法，即结合电纺丝技术和湿法垂直磁棒电纺丝（WVMRE）来制造不同的层。通过将传统的静电纺丝设备技术与这种创新方法相结合，制造出了仿生三层支架，以模拟血管组织的带状细胞外基质。该技术中的滚筒收集器通过磁力搅拌来收集排列整齐的 PCL 纤维，以模拟血管中层，而内层和外层的无序结构则是通过 PCL/明胶/肝素和 PCL/PLGA 旋转杆电纺丝技术制造的。最终，仿生三层血管支架与天然血管 ECM 结构和机械特性相匹配。此外，这种支架还具有良好的润湿性和生物相容性，可支持细胞增殖。这种仿生支架的每个纤维层都有一定的降解能力，从而降低了组织发炎的风险。

二、摘要

组织工程学旨在开发仿生支架，作为自体血管移植物的替代品，因为自体血管移植物的可用性有限。本研究介绍了一种新型湿法电纺丝制造技术，用于制造小直径、均匀排列的管状支架。通过将这种创新方法与传统的电纺丝技术相结合，生产出一种仿生三层支架，模拟血管组织的带状结构。内层和外层分别由 PCL/明胶纤维和 PCL/PLGA 纤维组成，中间层则是通过湿法垂直磁棒电纺丝（WVMRE）用 PCL 制作而成。使用扫描电子显微镜（SEM）分析了支架的形态，以确认其仿生结构。此外，还对支架的机械性能、降解曲线、润湿性和生物相容性进行了表征。为了增强血液相容性，支架与肝素进行了交联。研究结果表明，支架具有足够的机械性能、内层具有良好的润湿性、内层和中层具有适当的降解性以及总体良好的生物相容性。总之，这项研究成功地开发出了符合所需规格的小直径三层管状支架。

三、 结论

为了探索小直径仿生血管支架的创新手术方案，本研究采用旋转棒电纺丝和湿法垂直磁棒电纺丝相结合的方法，成功研制出三层仿生血管支架。这种方法有助于形成与天然血管细胞外基质极为相似的多孔纤维基质，促进支架内血管细胞的再生。

通过将这项新技术与旋转杆电纺技术相结合，有效地制造出了三维空心管状支架，其形态和细胞外基质与天然血管极为相似。值得注意的是，这种支架具有保持血管功能的机械特性，同时还表现出可控降解特性，以减轻免疫反应。

这项研究结果表明，通过这种技术生产的支架具有临床应用潜力。未来的研究应侧重于增强层间内聚力，以提高支架的稳定性，并进行后续的体内评估。

总之，这些研究结果阐明了一系列利用该技术潜在应用的临床手术方案。

图1.制造装置。(A) 旋转杆电纺技术： 针与平台同步，驱动纺丝纤维穿过收集器。收集器在电机的帮助下旋转，以随机排列的方式收集纤维。(蓝色箭头表示设备的运动方向）（B）湿法垂直磁棒电纺丝技术（WVMRE）： 磁性收集器在磁性搅拌器的驱动下旋转，收集漂浮在酒精表面的纤维。纤维以平行排列的方式收集在收集器上。(蓝色箭头表示设备的运动方向）。

 

图2.三层支架的制作过程。(蓝色箭头表示装置的移动方向；灰色箭头表示实验过程的顺序）。