Advanced Healthcare Materials: 仿生螺旋血管的制备及在血管芯片应用的初探

螺旋结构是自然界中存在的一种独特的功能性结构,例如DNA、螺旋藻、细菌鞭毛和植物缠绕茎等,均在在自然界中起着重要作用。螺旋血管也是存在于人体组织中具有特殊结构和功能的一类血管。螺旋血管和螺旋血流在体内存在并发挥着重要的生理作用,这让仿生螺旋血管的研究更有意义。

血管微环境在组织再生和动脉粥样硬化和动脉炎等血管疾病的病理学中起着至关重要的作用。迄今为止,已经有不少血管芯片研究被提出用于血管疾病模型建立、新药物开发或血管生物力学的研究,但绝大多数研究建立的是直通道血管模型。然而,体内血管的结构是多样化的,其不仅包括直的或者弯曲的形状,而且还包括不太常见的螺旋状血管。子宫内膜螺旋小动脉、肠绒毛螺旋小动脉和耳蜗螺旋动脉都是螺旋血管的典型例子。另外,在体内主动脉、右冠状动脉、髂总动脉和股总动脉的部分区域存在螺旋血流(也称为旋动流)。螺旋血流在预防心血管疾病方面起着积极的生理作用,例如螺旋血流产生高剪切应力可以促进血流输送、抑制血流扰动、阻止动脉粥样硬化的低密度脂蛋白在动脉内表面积聚、增强从血液到动脉壁的氧运输。

苏州大学骨科研究所、苏州大学附属第一医院骨科李斌教授团队通过微流控技术制备了多层、中空等复杂结构的仿生螺旋微纤维以及载细胞的螺旋通道纤维,用以仿生螺旋血管/血流。研究者们利用海藻酸盐水凝胶的易成型特点成功制备了多种复杂结构的螺旋微纤维,并通过在海藻酸钠中加入少量胶原蛋白实现了细胞在螺旋微纤维表面的黏附和生长。他们所制备的具有螺旋通道的中空微纤维具有较好的灌注性能和可控的渗透性能。特别地,研究者们成功制备载人脐静脉内皮细胞的仿生螺旋血管,细胞可在螺旋通道内壁粘附生长形成类似于血管内壁的管腔结构。将该仿生螺旋血管与微流控芯片相结合可以构建体外螺旋血管模型,并且可以模拟螺旋血流,这将在器官芯片领域有潜在的应用。 研究者相信这些具有优良结构特性和生物相容性的仿生螺旋血管将在生物医学领域有着迷人的应用前景。相关论文于2019年5月发表于Advanced Healthcare Materials ( https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adhm.201900435 ) ,并于当期Back Cover做简要介绍。