《Bioactive Materials》：Ex vivo endothelialized cECM-enriched core–shell fibrous vascular graft promotes rapid regenerative remodeling in vivo
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为应对小口径血管移植物（<6 mm）在闭塞性动脉疾病治疗中面临的持续挑战，如血栓形成、内皮化不良和内膜增生，研究人员开发了一种由聚己内酯（PCL）为核心、心脏细胞外基质（cECM）修饰外壳的核壳纤维血管移植物（C/S PE）。该研究通过同轴静电纺丝技术构建移植物，并利用动态灌注生物反应器，成功将间充质干细胞（MSC）体外诱导分化为内皮细胞，形成完整的内皮样层。大鼠腹主动脉植入实验表明，该移植物可保持100%通畅率，并促进宿主驱动的快速再生重塑，包括内皮层再生、平滑肌层形成以及巨噬细胞向促愈合表型极化。这项研究为解决小口径血管移植物临床应用的关键瓶颈提供了协同整合生物材料组成和生物力学调控的创新方案。
在全球范围内，闭塞性动脉疾病仍然是导致死亡和健康损害的主要原因之一。每年，有大量的患者需要进行冠状动脉或外周动脉的旁路移植手术。然而，临床上面临着一个紧迫的难题：直径小于6毫米的小口径血管移植物。无论是患者自身的血管（如乳内动脉、大隐静脉），还是市场上常用的大口径合成材料移植物，在应用于小口径血管时，效果都不尽如人意。自体血管来源有限，采集过程有创；而合成移植物则常常因血栓形成、内皮化不理想和内膜增生等问题导致失败。因此，开发一种能够有效、安全地替代小口径血管，并能在体内长期稳定工作的“人造血管”，成为了再生医学和心血管外科领域孜孜以求的目标。
近期发表在《Bioactive Materials》上的一项研究，为这一难题带来了充满希望的新思路。韩国顺天乡大学的研究团队开发了一种新型的核壳结构纤维血管移植物。他们巧妙地利用同轴静电纺丝技术，制造出一种以合成材料聚己内酯（PCL）为“芯”，以富含生物活性成分的心脏细胞外基质（cECM）为“壳”的移植物，简称C/S PE移植物。这个设计好比给坚固的合成材料骨架披上了一层天然的、能“发号施令”的生物外衣。这层cECM“外衣”富含多种能够促进血管细胞粘附、生长和形成新血管的蛋白质，为后续的细胞“入住”创造了理想环境。
但仅有好的“房子”还不够，还需要有功能良好的“住户”——内皮细胞。完整的内皮层是防止血栓形成、维持血管长期通畅的关键。然而，在体外获得足够数量、且能均匀覆盖整个移植物内壁的功能性内皮细胞是一大技术瓶颈。为此，研究人员没有直接使用成熟的内皮细胞，而是转向了具有多向分化潜能的间充质干细胞。他们设计了一套定制化的动态灌注生物反应器系统，将大鼠骨髓来源的间充质干细胞种植到C/S PE移植物的内腔中，并在模拟体内血流剪切力变化的条件下，用特殊的培养基诱导这些干细胞向内皮细胞方向分化。令人惊喜的是，仅仅两周时间，这些干细胞就在移植物内壁上形成了一层完整、融合的内皮样细胞层。
为了验证这一“精装修”好的移植物是否真的有效，研究人员将其植入到大鼠的腹主动脉中进行为期一个月的测试。结果非常鼓舞人心：这些经过体外预内皮化的移植物全部保持通畅，血液流动顺畅。更深入的组织学分析显示，移植物内部不仅快速形成了功能性的内皮层，其表面表达的内皮型一氧化氮合酶（eNOS，一种维持血管舒张和抗血栓功能的关键酶）也接近完全覆盖。同时，移植物周围还成功再生出了富含平滑肌细胞的肌层，并且招募来的免疫细胞（巨噬细胞）也更多地表现为促进组织修复和再生的M2型，而不是引发炎症的M1型。这表明，这种结合了仿生基质材料（cECM）和生物力学训练（动态剪切力）的策略，能够协同加速血管移植物在体内的整合与功能化重塑。
这项研究综合运用了多项关键技术。首先是心脏细胞外基质的提取与蛋白组学表征，通过优化的去细胞化流程获取猪心脏cECM，并利用液相色谱-质谱联用技术确认其保留了促血管生成和细胞粘附的关键成分。其次是同轴静电纺丝技术，用于制备具有PCL核心和cECM-PCL混合外壳的核壳结构小口径纤维血管移植物。接着是定制化动态灌注生物反应器系统，用于在模拟生理剪切力的条件下，将大鼠骨髓间充质干细胞培养于移植物腔内，并诱导其向内皮细胞分化。此外，研究还采用了扫描电子显微镜、透射电子显微镜、水接触角测量、力学测试、血液相容性评价等多种理化表征手段，以及细胞活力/毒性检测、活/死细胞染色、免疫荧光染色、RNA测序分析和生物信息学分析等体外生物学评估方法。在体内验证阶段，则建立了大鼠腹主动脉移植模型，并结合彩色多普勒超声评估移植物通畅性，以及组织学染色（H&E、Masson三色、免疫荧光） 对植入后的组织再生、内皮化、平滑肌层形成和免疫反应进行系统评价。
研究结果部分的主要发现如下：
1. 心脏细胞外基质的生化与蛋白质组学表征
研究人员成功从猪心脏组织中提取出去细胞的cECM。组织学染色证实细胞核物质被有效去除，同时胶原和糖胺聚糖等细胞外基质成分得以保留。蛋白质组学分析进一步揭示，去细胞化后的cECM仍然富含与伤口愈合、血管生成、细胞外基质组成和抗氧化活性相关的多种蛋白质，这为其后续的生物活性提供了分子基础。
2. C/S PE移植物的制备与理化性质表征
通过同轴静电纺丝成功制备了内径约2毫米的C/S PE小口径血管移植物。扫描电镜显示其具有多孔、纤维状的厚壁交叉结构，平均纤维直径约为3.14微米。荧光成像和透射电镜清晰证实了纤维的核壳结构。与纯PCL移植物相比，C/S PE表现出更优的亲水性（水接触角小于90度）和更高的血液凝固指数（表明抗血栓性增强），同时保持了良好的血液相容性（溶血率低于5%）和满足血管移植需求的力学性能。
3. C/S PE移植物的体外生物相容性评估
通过MTT实验、细胞形态观察和活/死细胞染色等一系列检测证明，C/S PE移植物支持内皮细胞粘附、铺展和增殖的能力显著优于纯PCL材料，表现出更优越的体外生物相容性。
4. 在灌注生物反应器中于C/S PE管腔内培养rBMSCs的评估
利用定制的灌注生物反应器，将大鼠骨髓间充质干细胞动态培养于C/S PE移植物腔内。组织学分析显示，经过两周的培养，细胞在移植物内壁形成了连续、完整的细胞层，覆盖了超过97%的管腔周径，实现了均匀的细胞化。
5. 动态条件下rBMSCs向内皮细胞分化能力的评估
免疫荧光染色证实，在动态培养和内皮诱导培养基的作用下，rBMSCs成功表达了CD31、ICAM1、Flk1和eNOS等内皮细胞标志物。两周后，这些标志物的管腔周径覆盖率超过95%。RNA测序分析进一步从基因层面揭示了强烈的内皮分化程序，包括与细胞分化、内皮细胞增殖、血管生成和血液血管发育相关的通路被显著激活。关键信号通路如VEGF、PI3K-Akt、Notch等也显示富集。基因表达谱从间充质干细胞特征向内皮细胞特征的转变，明确了细胞表型的成功转化。
6. 体内移植物的病理生理状况
将无细胞的C/S PE移植物和预内皮化的C/S PE-EC移植物植入大鼠腹主动脉一个月。彩色多普勒超声显示两组移植物均保持通畅。预内皮化的C/S PE-EC组显示出更均匀的新内膜形成、更高的管腔开放百分比以及更厚的再生组织。两组均未观察到钙化。
7. 内皮层形成的评估
免疫荧光染色显示，预内皮化的C/S PE-EC移植物在植入一个月后，其管腔内皮细胞标志物eNOS和CD34的覆盖面积显著高于无细胞的C/S PE组，表明其促进体内内皮再生的速度和完整性更优。
8. 血管平滑肌层再生
对平滑肌细胞标志物αSMA和MYH11的染色表明，C/S PE-EC移植物组相比无细胞组，形成了更连续、更成熟的平滑肌层，表明其更好地支持了血管中膜的再生。
9. rBMSCs来源的EC接种的C/S PE对血管再生的巨噬细胞极化效应
通过检测巨噬细胞标志物CCR7（M1型）和CD206（M2型）发现，与无细胞的C/S PE移植物相比，预内皮化的C/S PE-EC移植物周围募集了更少的促炎M1型巨噬细胞和更多的促修复M2型巨噬细胞。这表明预植入的内皮样细胞有助于调节植入部位的免疫微环境，使其向有利于组织再生的方向转变。
综合讨论与结论，本研究成功开发并验证了一种新型的、适用于小口径血管置换的核壳纤维移植物。其创新性在于将合成高分子（PCL）的机械强度、天然细胞外基质（cECM）的生物活性以及间充质干细胞的再生潜能三者有机结合，并通过仿生化的动态培养工艺，在体外高效构建了功能性的内皮层。体内实验证实，这种“预装修”好的移植物能够显著加速宿主驱动的血管再生与重塑过程，包括快速内皮化、功能性平滑肌层再生以及有益的免疫调节，最终实现了优异的早期通畅率。这项工作不仅为Fontan手术、血液透析通路等择期血管重建手术提供了具有高临床转化潜力的新型移植物解决方案，更重要的是，它展示了一种通过“材料设计”与“细胞训练”协同策略来破解组织工程血管移植物关键瓶颈的研究范式。尽管未来仍需在大型动物模型中进行长期安全性和有效性验证，并进一步阐明细胞来源和分子机制细节，但本研究无疑为下一代个性化、功能化的小口径血管移植物的开发指明了富有前景的方向。
