天然
血管
、天然组织
、体外诱导
自体
细胞
产生的血管和皮下埋植产生的生物管经
脱细胞
化后制备的小口径人工血管（内径小于
6
毫米）
能够很好地保留
其原有的细胞外基质（
ECM
）的结构和功能性组分，展示了优异的通畅性、良好的血管再生性和优异的宿主
-
移植物整合性。然而，现有
ECM
的制备方法存在供体来源受限、材料加工繁琐、生物反应器要求高、体外血管培养时间长和成本高等缺点，限制了其临床应用。因此，快速低成本的构建类
ECM
材料有望提高小口径人工血管的临床适用性。
为解决以上问题，
纳米中心查瑞涛、解放军总医院九中心肖敏、阜外医院张岩和南科大蒋兴宇
合作通过京尼平交联、塑料压缩、静电纺丝和卷曲成型法，快速构建了类
ECM
基小口径人工血管（静电纺丝膜
-
胶原蛋白
/
红细胞膜
-
京尼平水凝胶管，
ES-C/Rm-G-ht
）（图
1
）。与现有
ECM
基小口径人工血管（制备时间为
4-18
周）相比，
ES-C/Rm-G-ht
的制备时间缩短了近
200
倍（图
1a
）；同时，
ES-C/Rm-G-ht
的结构和生化特性与
ECM
相似，表现出优异的细胞响应性和快速的血管再生性（图
1b
）。
图
1
具有类
ECM
的结构和功能的
ES-C/Rm-G-ht
的快速构建及其促血管再生
（
1
）
ES-C/Rm-G-ht
展示了类
ECM
的结构
ECM
具有丰富的胶原纤维、层状蜂窝状结构和多种功能分子，展示了优异的强度和细胞响应性。
ECM
中的胶原蛋白分子可以通过非共价相互作用自组装形成水凝胶。尽管胶原蛋白水凝胶的组成和多孔结构与天然
ECM
相似，但它们的强度低，稳定性差，不适合用于构建小口径人工血管。
京尼平交联和塑性压缩显著地提高了胶原蛋白水凝胶的强度和稳定性，但塑性压缩损害了其多孔结构（图
2d-2g
）。红细胞膜的引入克服了胶原蛋白水凝胶的上述矛盾。与胶原蛋白水凝胶相比，红细胞膜作为结构单元提高了胶原蛋白
/
红细胞膜水凝胶的交联度，在塑性压缩后可以保持多孔结构，表现出类
ECM
的层状蜂窝状结构（图
2d
）。
图
2
胶原蛋白
/
红细胞膜水凝胶的微观形貌和稳定性
（
2
）
ES-C/Rm-G-ht
实现了快速构建
卷曲成型技术可以用于快速构建小口径人工血管，然而胶原蛋白
/
红细胞膜水凝胶管的卷曲层间粘附力不足使得制备的胶原蛋白
/
红细胞膜水凝胶管存在强度低和动态稳定性差等缺点（图
3b
）。
聚己内酯
/
胶原蛋白
/
京尼平静电纺丝膜
的引入
不仅强化了
ES-C/Rm-G-ht
的结构强度，
而且提高了其动态稳定性
（图
3c-3h
）
。相较于传统卷曲成型法所依赖的高成本生物粘合剂，
ES-C/Rm-G-ht
的创新之处在于无需使用此类粘合剂，开创了一种既迅速又经济高效的制备
小口径人工血管的方法，具有更好的
临床应用潜力。
图
3 ES-C/Rm-G-ht
的结构稳定性和力学性能
（
3
）
ES-C/Rm-G-ht
展示了类
ECM
的生物活性
ES-C/Rm-G-ht
的多孔结构和红细胞膜的多种功能性组分使得其具有优异的生物活性。
体外细胞实验显示
C/Rm-G-hc
作为
ES-C/Rm-G-ht
中与细胞直接的接触层，其与
H
UVEC
s
共孵育
4
8
h
后，
H
UVEC
s
具有高的伤口愈合率和高的细胞活性，促进了
VEGF
的分泌（图
4a-4e
）。
体内颈动脉移植结果显示
ES-C/Rm-G-ht
具有优异的通畅性，促进了血管再生。兔子颈动脉移植
31
天后，超声多普勒图像和动脉造影图像显示
ES-C/Rm-G-ht
的血流速度和内径与兔子的颈动脉无显著性差异，无血流湍流出现（图
5a-5d
）；组织切片结果显示
ES-C/Rm-G-ht
促进了内皮细胞招募（内皮化率
95%
）和收缩性平滑肌细胞层的再生（平滑肌细胞层再生率
100%
）（图
6a-6c
）。相比于对照组（
ES-C-G-ht
），
ES-C/Rm-G-ht
的吻合口和四分之一处再生的平滑肌细胞层的厚度与自体动脉相似，无内膜增生（图
6d
）。
图
4 C/Rm-G-hc
对
HUVECs
的
迁移与增殖的影响
图
5 ES-C/Rm-G-ht
兔子颈动脉移植
31
天后的通畅性
图
6 ES-C/Rm-G-ht
兔子颈动脉移植
31
天后的血管细胞的招募评价
本研究不仅提供了一种快速构建具有类
ECM
的结构和功能的小口径人工血管的策略，而且也为快速构建
ECM
仿生物或胶原蛋白衍生的组织工程支架提供了思路。
以上研究工作近期
以
“
Rapid Preparation of C
ol
lagen/Red Blood Cell Membrane T
ubes
for
S
tenosis
-free Vascular Regeneration
”
为题发表在
ACS Nano
上。论文的第一作者为国家纳米科学中心
张春亮
博士，通讯作者为国家纳米科学中心
查瑞涛
、中国人民解放军总医院第九医学中心
肖敏
、中国医学科学院阜外医院
张岩
和南方科技大学
蒋兴宇
。该工作得到国家重点研发计划（
2022YFB3804700
）、
国家自然科学基金（
32171397
、
82172099
和
32071390
）
等基金的支持。感谢兰州大学基础医学院王凯荣教授对动物实验提供的帮助。
论文链接：
https://doi.org/10.1021/acsnano.4c11919
