太原理工黄棣教授团队研发抗凝血小直径人工血管,有望制备成器官芯片!
2023-01-18
太原理工大学
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近日,太原理工大学黄棣教授课题组在《Composites Part B: Engineering》期刊上在线发表了题目为《超高强度血管移植物的快速形成:具有互穿聚合物网络的微尺寸空心血管延长凝血时间》(Rapid formation of ultrahigh strength vascular graft: Prolonging clotting time micro-dimension hollow vessels with interpenetrating polymer networks)的研究论文,硕士研究生徐慧伦为论文的第一作者,魏延副教授、赵丽琴副教授、黄棣教授为论文的共同通讯作者,本研究在同轴打印制备力学性能突出、抗凝血小直径人工血管方面取得新进展。

论文简介

临床上血管阻塞以及动、静脉分流等对人工血管需求量极大,自体移植是血管修复和置换的黄金标准,但其来源与长期的通畅性使自体移植受到了限制。直径大于5 mm的人工血管在临床上已成熟应用,但小直径人工血管的临床应用仍是巨大挑战,主要在于合成材料与血管顺应性不匹配、抗凝血性不足,会导致吻合口内膜增生以及再阻塞的问题。因此,制备满足移植部位各方面需求的小直径人工血管是目前的一个难点。

图:简要介绍了PVA/Alg生物墨水同轴打印人工血管的工艺、人工血管的优点及其在人动静脉移植中的应用前景。

针对小直径人工血管的这些问题,黄棣教授团队开发了由聚乙烯醇和海藻酸盐复合材料制备的人工血管。由复合材料制备而成的人工血管,在进入血液环境以后,所接触血液中的主要成分呈负电性,复合材料也呈负电性,同种电荷之间所产生的静电互斥作用,这会让材料不易与血液中的主要成分发生反应,进而降低对血液主要成分所产生的伤害,借此提高材料的血液相容性。同时这也说明,该团队通过使用这种复合材料,改善了小直径人工血管所面临的难题。

图a-d:人工血管微观结构;图e:单轴拉伸实验(应力应变曲线,弹性模量,断裂伸长率与极限应力);图f-j:爆破压与顺应性测试。
据介绍,经过多次的预实验,研究人员才摸索出合适的打印参数,初步实现了小直径人工血管的快速制备。最终实现只需设定好打印的生物墨水进料速度、打印温度与打印距离,就可以大量快速地制备出这种小直径人工血管。

图a:PVA/Alg杂化生物墨水分子结构,含有大量游离羟基;b:材料的亲水性提高了白蛋白/纤维蛋白的吸收比,通过提高了材料与血液中主要成分之间的静电斥力,进一步提高了材料的血液相容性以及延长了抗凝血时间。
关于这种人工血管的长期抗凝特性,研究团队也正在测试中,其相信该种人工血管具备良好的抗凝特性,有望成为合格的血管置换物,缓解小直径人工血管紧缺的压力。未来,有望将更大规模、更小尺寸的人工血管网络制备成器官芯片,从而用于器官周围血管网络的重建以及血管药物开发测试等。
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