太原理工黄棣教授团队:同轴打印小直径人工血管方面取得重要进展-金属3D打印工厂

太原理工黄棣教授团队:同轴打印小直径人工血管方面取得重要进展-金属3D打印工厂插图

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       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“Rapid formation of ultrahigh strength vascular graft: Prolonging clotting time micro-dimension hollow vessels with interpenetrating polymer networks”的研究论文,太原理工大学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。

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、抗凝血不足,会导致的吻合口内膜增生以及再阻塞问题。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。

利用聚乙烯醇与海藻酸混合生物墨水,基于同轴打印的方式制备了微尺寸人工血管。借助聚乙烯醇海藻酸双交联形成的互穿网络,人工血管力学性能表现优异(弹性模量=450 kPa,爆破压=181.5 mmHg,顺应性=34.87 ± 4.27%)(图1)。

太原理工黄棣教授团队:同轴打印小直径人工血管方面取得重要进展

图1.a-d:人工血管微观结构;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);f-j:爆破压与顺应性测试

同时混合生物墨水中的大量自由羟基使得该人工血管表现出优异的亲水性,显著提高了材料表面的白蛋白/纤维蛋白吸附比,这是降低血小板活化程度的关键。同时,材料中携带的羟基和羧基等电负性基团,使得材料和血液中的主要成分之间出现轻微相互排斥,降低了材料表面对血液中主要成分的吸附作用,减少了移植过程中血栓的形成量体外凝血三项实验中,相较于空白血浆组表现出可以延长凝血时间的特性(图2)。

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图2.人工血管与纤维蛋白,水与血浆的接触角(a-c);血液相容性实验(d-i);凝血三项实验(凝血酶时间(TT)试验、凝血酶原时间(PT)和活化部分凝血酶时间(APTT))(j-l)

在体外血液循环实验中也表现出不易引起凝血反应的特点,在半体内动静脉分流实验中表现为低血栓形成量的特点。将该种材料做大鼠皮下包埋实验,发现在移植14天后,材料与周围组织之间生长情况良好,微血管量增加,表现出良好的生物相容性(图3)。

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图3.体外血液循环实验(a-c),半体内动静脉分流实验(f-j),大鼠皮下包埋实验(k-l)

在该项工作中,作者报道了利用同轴打印聚乙烯醇海藻酸生物墨水,兼顾了人工血管对力学性能与生物性能的需求,表现出了抗凝血方面的潜力,为制备临床用小直径人工血管提供了新选择,对小直径人工血管分子结构和血液成分之间相互作用机理进行了探讨(图4)。

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图4.人工血管分子结构和血液成分之间相互作用

该工作得到国家自然科学基金项目、山西浙大新材料与化工研究院项目、山西省留学人员科技活动择优资助项目的支持。

全文链接:

https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.110456

(责任编辑:admin)

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