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在一个概念验证研究北卡罗来纳州立大学(North Carolina State University)的研究人员报告了一个血管移植原型的临床前研究结果，该原型被设计用来替代向心脏供血的受损或阻塞的冠状动脉。
这一发现是与凯斯西储大学(Case Western Reserve University)的研究人员合作完成的，是开发合成移植物的努力的一部分，当心脏病发作后患者自己的血管无法替代受损或堵塞的冠状动脉时，这种移植物可以替代受损或堵塞的冠状动脉。最终，移植物被设计成一个支架，以帮助患者自身血管的再生。虽然他们的工作仍处于早期阶段，但研究人员表示，他们的设计将有助于推动该领域向前发展。
在《材料科学与工程：C在美国，研究人员报告称，他们通过用合成纱线编织胶原蛋白材料，制作出了血管移植的原型。他们发现，与单独使用胶原蛋白材料的模型相比，他们的设计显示出了更好的强度，以及与人类冠状动脉相比的灵活性。此外，在对人类内皮细胞的研究中，他们发现移植物上细胞的生长和粘附增加，这表明它可以帮助冠状动脉内膜的再生。
“我们认为这是冠状动脉替代移植研究的一个新方向，”该研究的资深作者说马丁路德金北卡罗来纳州立大学生物纺织品和纺织技术教授。“胶原蛋白纱线的使用是非常新的。我们不仅仅依赖于一种材料，而是将两种材料混合在一起，并展示了两种纱线可以提供我们正在寻找的机械强度和生物反应。”
研究人员表示，目前的“黄金标准”是使用患者自身的血管，如腿部或乳腺动脉的静脉，来替代冠状动脉，但一些患者没有可以采集和使用的存活血管。
“有必要为这类患者找到替代的解决方案，”他说张的粉丝他是这项研究的第一作者，也是北卡罗来纳州立大学的研究生。“这就是为什么我们希望使用组织工程血管移植。”
研究人员说，设计一种可以替代冠状动脉的合成血管移植物面临多重挑战。由于血栓和动脉狭窄的问题，一些模型失败了。与此同时，其他模特无法随着心脏的跳动伸展和放松。
“冠状动脉的直径只有大约3到4毫米，所以它是一根非常细的动脉，很容易堵塞，”金说。“问题是:我们是否有材料可以作为导管而不刺激动脉壁上的凝块?这是挑战之一。另一个原因是心脏是不断扩张和收缩的，所以我们需要一种可以随着心脏的每一次跳动而伸展和放松的结构。”
为了开发他们的设计，北卡罗来纳州的研究人员与凯斯西储大学的研究人员合作，后者设计了一种由胶原蛋白制成的生物纱线。他们将胶原蛋白纱线与聚乳酸合成纤维结合，这种纤维具有“生物相容性”。研究人员说，当乳酸降解时，它会形成乳酸，这很容易忍受，因为我们身体的肌肉会持续产生乳酸。
研究人员表示，他们的模型旨在形成一个临时支架，可以再生类似患者自身血管的细胞内膜。
金说:“我们并不是在设计一个‘最终产品’的原型，我们是在加入使患者愈合的成分，并使用这个结构来愈合和发挥冠状动脉的功能。”“这些纤维最终会降解并被人体吸收。”
研究人员发现，通过将胶原纤维与合成PLA纱线编织在一起，人体内皮细胞对支架的粘附程度是单独合成纤维纱线的10倍。实验还显示黏附后细胞的生长速度是原来的三倍。
此外，他们还发现它具有“极好的”爆发强度和顺应性，这些特性将允许它随着心脏的每一次跳动而扩张和收缩——类似于健康的冠状动脉。
“我们能够模拟冠状动脉的顺应性，”张说。“这是最重要的发现。此外，加入胶原丝成分后，我们能够促进内皮细胞在这种结构中生长得更快。这对内皮细胞的恢复非常重要。”
他们的工作仍处于临床前阶段，尚未在活体动物身上进行试验。他们仍然需要改进他们的原型来克服额外的设计挑战，包括如何减少混合移植物的多孔性。
然而，他们相信他们的研究结果表明，在合成冠状动脉移植的设计中结合生物材料和合成材料是可能的。他们正在研究防止血液渗漏的解决方案。
“通过这种材料的组合，我们已经能够平衡机械性能和生物反应，”金说。“我们还能够使用高速纺织生产机器制造移植物原型，这将促进未来的生产规模扩大，并转化为商业移植物和临床。”
这篇论文，“利用合成纤维的优越机械性能和胶原纤维的生物性能的混合血管移植物”，发表在材料科学与工程，C部分．该论文由Tushar Bambharoliya、Yu Xie、Laijun Liu、Hakan Celik、Lu Wang和Ozan Akkus共同撰写。本研究由中国教育部东华大学1,1,1项目B07024资助项目和AATCC基金学生研究支持资助项目提供。
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编辑报告:摘要如下。
“一种混合血管移植物，利用合成纤维的优越机械性能和胶原纤维的生物性能。”
DOI：10.1016 / j.msec.2020.111418
发表: 2020年8月22日。
作者:张帆，Tushar Bambharoliya, Yu Xie, Liu Laijun, Hakan Celik, Lu Wang, Ozan Akkus和Martin W. King。
摘要组织工程化的小口径血管移植物以其良好的生物相容性和实现完全愈合的潜力，成为取代传统血管移植物的一种可行的选择，引起了广泛的研究关注。然而，主要的挑战是制造一个既满意的力学性能和快速内皮化的支架。在本研究中，一种混合管状血管组织工程支架采用新型电化学排列的胶原蛋白(ELAC)丝与传统的聚乳酸(PLA)纱复合而成。胶原组分能够促进内皮细胞的招募和增殖，使细胞初始黏附增加10倍，最终细胞数量增加3.2倍。同时，PLA纱线能够提供足够的机械强度和结构稳定性，并便于在高速纺织生产设备上制作支架。管状混合支架具有良好的破裂强度(1.89±0.43 MPa)和缝合保留强度(10.86±0.49 N)，在正常压下，其顺应性(3.98±1.94%/100 mmHg)与冠状动脉(3.8±0.3%/100 mmHg)相当。由于其优异的力学和生物学性能，该混合支架原型是构建临床成功和易于翻译的组织工程小口径血管移植的有前途的候选人。
