血管组织工程旨在建立功能性血管替代物,以解决心血管疾病日益加重的重负,而心血管疾病仍然是全球死亡的主要原因。 自动移植虽然是金本位,但受捐献地点发病率和可用性的限制。合成移植在小径应用中表现不佳,原因是血栓化和兴奋性超聚。 纳诺菲伯脚手足架作为一种有希望的解决办法出现,因为它们紧密模仿了原生细胞外基质的纳米尺度结构,促进了细胞粘合、扩散和分化。 文章回顾了血管组织工程中使用纳米纤维的创新方法,包括制造方法、物质选择以及增强移植性能的战略。

纳诺菲伯软件用于宽度应用的基础

纳诺菲伯是直径从几十至数百纳米的连续丝状物,其高表面积与体积比,互联孔隙,金枪鱼可移动机械特性使得它们最理想地重新形成本土血管的分级结构. 脚手架必须支持在润滑表面的内皮化,提供机械强度以承受血动力作用力,并允许平滑的肌肉细胞渗透和重塑. 纳诺菲伯垫可以设计成对齐或随机的纤维方向,以指导细胞的对齐和组织组织.

纳诺菲伯制造中使用的生物材料

天然聚合物和合成聚合物都是电子喷发成纳米纤维的。天然聚合物如碳酸酯、弹性素、胶原素和纤维素提供了极好的生物兼容性和生物活性,但往往缺乏机械强度。 此外,脱细胞细胞外基质等聚合物可以加工成纳米纤维,以保存原生生物化学素。

纳诺菲伯脚手架的高级制造技术

电压仍然是使用最广泛的方法,因为它简单、多用途,并且能够生产有控制直径和对齐的连续纳米纤维。 然而,最近的创新扩大了纳米纤维生产血管移植的能力。

轴和电压

共轴电平使用双应力设置来产生核心-壳纳米纤维,这样可以将生物活性分子(如生长因子,药物,基因)封装在核中,而壳则提供结构支持和控制释放. 乳电平在没有专用喷嘴的情况下实现相似的核心-壳结构,这些技术可以持续传递血管内皮生长因子(VEGF)或肝素,以促进内皮化和防止血栓化.

熔融电压平面写入

熔融电平写作(MEW)使用聚合物熔融而不是溶液,消除溶剂毒性,并允许纤维在计算机控制模式下精确沉降. MEW可以生产定点脚手架,有定义孔几何和纤维对齐,这有利于产生带有环向对齐纤维的管状构造,模仿中枢动脉层. 残余溶剂的缺乏也改善了生物兼容性.

自大会和分阶段分离

苯丙胺两栖和其他分子在生理条件下可以自行组装成纳米纤维,这些水解凝胶形成可注入的脚手架,填补不规则的缺陷. 由热导相分离(TIPS)与浸出作用相结合,会产生高孔隙度的纳米纤维泡沫,虽然与电平作用相比不太常见,但这些方法为原位切合或形成具有梯度孔径的三维构造提供了独特的优势.

纳诺菲伯手脚架在宽广的梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形梯形

  • 生物兼容性和减低免疫反应:[ 纳诺菲伯脚手架可以用自然衍生的材料或表面改性合成聚合物制成,以呈现细胞粘合物的结膜,这可以最大限度地减少外体反应,促进移植结合.
  • 增强细胞生长和内皮化:[纳米纤维地形模仿血管的底膜,鼓励内皮细胞的快速附着和迁移. 结合纤维引导内皮细胞沿血液流动方向向上,减少动荡和血栓化风险.
  • 机械属性的可控性: 通过调整纤维直径、对齐、孔隙和聚合物组成,脚手架的破裂压力、合规性和缝合性可以适应本地动脉。 例如,双层脚手架内层密集,外层多孔,模仿Intima和ventitia。
  • 控制降解和改造: 合成聚合物通过水解降解,其降解率可以设计与新组织形成的速度相匹配. 天然聚合物可以交叉连接到调谐稳定性. 机械负载从脚手架逐渐转移到新问题可以提高长期性.

提高宽度性能的创新战略

除了基础脚手架制造外,研究人员还开发了复杂的方法,以克服血栓化、刺激性高血压和不完全内皮化等长期挑战。

生物活性涂层和表面改变

纳诺菲伯表面可以与肝素,氧化氮的捐献物,或内皮细胞特异性肽(如REDV,YIGSR)一起功能化,以积极抑制板块粘合,促进内皮细胞捕捉. 等离子处理,层层组装,共价不动等功能化,在无损纤维形态的情况下附着这些分子. 研究表明,肝素功能化的PCL纳米纤维支引物在活体中可降低血压.

将增长因素和碳基纳入其中

持续局部提供VEGF、纳米纤维的基本纤维生长因子(bFGF)或板状衍生生长因子(PDGF)可以加速内皮化和肌肉细胞平滑渗透。 双重生长因子输送系统可以协调血管生成和血管壁成熟。 例如,从润滑层释放的VEGF可以促进内皮快速覆盖,而从外层释放的PDGF则鼓励肌肉细胞平滑迁移和重塑。

单元格种子和预设

植入前将自体内皮细胞或中皮干细胞植入纳米纤维脚手架,可以提高支架性能. 应用循环机械菌株或剪应力的生物反应器中的动态培养能增强细胞对齐和细胞外基质沉积. 预设条件的支架在动物模型中显示出比细胞支架更高的支架率.

临床和临床进展

临床前的研究中已经对若干纳米纤维血管移植进行了评估。 一个显著的例子就是在大鼠和羊的模式中使用电磁螺旋管,在12个月内表现出有内皮化和肌细胞平滑渗透的证据。 最近,结合PCL和焦糖的双层电磁螺旋管在犬科动脉模型中显示出了有希望的结果,其中最小的是无刺激性高plasia。 匹兹堡大学的研究人员正在开发一种生物吸收性纳米纤维移植,在6个月内完全改造成本土组织。

临床翻译面临障碍:在保持一致性的同时扩大制造规模,确保绝育而不破坏生物活性成分,并获得监管批准。 但是,少数产品正在早期临床试验中。 例如,欧洲正在调查一个用于儿科心脏手术的可生物降解纳米脚手架。 NIH为电源血管移植研究提供了资金,这凸显了现成的可能性。

未来方向和新兴技术

展望未来,该领域正在与其他尖端技术汇合,以创造智能的,个性化的血管移植.

与纳诺菲伯斯的3D生物印表

将电子平面与3D打印相结合,可以制造将纳米纤维与更大的强化纤维相结合的分层结构。 这可以产生符合要求的切换器,为个别患者定制几何。 研究人员还在开发混合打印机,同时挤压细胞拉水凝胶和电螺旋纳米纤维,以创建活血管构造。

传导和应变纳诺菲伯

将聚氨酯或碳纳米管等导电聚合物纳入纳米纤维可以促进种子细胞的电刺激,从而增强平滑肌肉细胞的对齐和成熟。 此外,形状-导电聚合物可以用来产生在达到体温时部署的自我扩张的振荡或支架,这种响应性材料可以通过外部磁场或超声波触发。

抗微生物和抗炎功能

感染仍然是血管移植的严重并发症。 用抗生素、银纳米粒子或抗微生物肽来装入纳米纤维可以降低感染风险。 也可以吸收脱沙美塔松等抗炎剂来调节外体反应,防止过度纤维化。

个性化和精密医学方法

患者专用脚手架可以使用成像数据(CT,MRI)来设计,以匹配目标容器的尺寸和机械性质. 此外,自体诱导的多功能干细胞(ipSC)可以被区分为内皮细胞,并播种到支架上,将免疫排斥降到最低. 个性化设计和细胞疗法的结合代表血管组织工程的最终目标.

结论

纳诺菲伯技术通过提供脚手架来改变血管组织工程领域,这些脚手架紧密模仿了原生细胞外基质。 制造技术、生物活性剂结合和细胞先决条件化的进步导致了临床前的成功,并为临床翻译铺平了道路。 未来3D生物印、导体材料和个人化医学的创新有望进一步提高工程血管的耐久性和功能。 通过持续的多学科协作,纳米纤维血管移植有可能成为心血管疾病患者的标准治疗方法,减少对自体遗传的依赖,改善长期结果。

关于最近进展的进一步解读,见 Acta Biomateria中电spun血管传导的本评论和高级科学中生长因子传递策略的讨论.