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小直径组织工程血管移植物的生物制备

期刊综述    2021-12-03 13:58

 

研究背景
 
 
➣3D打印和再生医学技术的快速发展使生物组织工程血管移植物(TEVG)的制备具有在体内整合、重塑和修复的能力,预示着心血管疾病管理的范式转变。
 
➣本文讨论了血管组织工程中使用的各种基于支架的增材制造方法,包括3D打印、生物打印、静电纺丝和熔融电纺丝书写,并根据人体血管系统的生物力学和功能要求进行了评估。
 
➣本综述提供关于再生医学对血管移植物发展前景的跨学科见解,探索发展中技术成功临床整合的关键考虑因素和前景。
 
➣微型增材制造、生物制造、组织工程和去细胞化方面的持续进步将最终开发出临床上可行的、现成的 TEVG,用于小直径应用。
 
 
组织工程血管移植物
 
 
图1.用于开发小直径 TEVG 的生物制造技术和工艺的基本示意图。A) 生物打印。B) 细胞片轧制。C) 3D 打印。D) 静电纺丝。E) 去细胞化和再细胞化。
 
➣生物制造组织结构支架的主要要求是生物相容性和可生物降解材料的可制造性,精确控制支架形态和机械结构的能力,以及调节表面性能以增强细胞粘附和分化的能力。
 
➣生物打印技术是利用细胞负载的水凝胶生物墨水,以适当的流变性能直接或液滴挤压来制造生物工程微环境的组织结构。混合3D生物打印结合了增材制造和自组装技术,实现了更高程度的功能化。
 
➣静电纺丝技术存在的关键技术问题:溶解聚合物所需的化学溶剂的蒸发会导致挤出过程中的混沌射流不稳定,降低了纤维收集的精度,导致不受控制的纤维脱位、孔隙度和直径。另外,溶解合成聚合物所需的化学溶剂可能挥发或有毒,因此存在细胞相容性问题。
 
 
 
生物打印的组织工程血管移植物
 
 
 
图2. TEVG 制造的生物打印技术。A)  微管的同轴生物打印挤出。B) 微管的荧光显微照片。C) 具有一致壁厚的各种直径微管的横截面荧光显微照片。D) 3D 生物打印 GelMA/PEGD/藻酸盐结构。不含裂解酶组合物和 (F) 的生物打印 GelMA/PEGD/藻酸盐构建体 (E) 的 SEM 显微照片。G) 6 天后 GelMA/PEGD/藻酸盐管状结构中血管 SMC(染成绿色)和 VEC(染成红色)的合并横截面荧光显微照片。
 
 
➣Liang等人描述了一种特殊的生物打印工艺(图2A),以制造内径和外径可调的TEVG,其范围分别为0.3-2.0 mm和0.5-3.0 mm(图2B,C)。
 
➣本研究是通过同轴喷嘴挤出一种新型水凝胶生物墨水实现的,这种生物墨水由纳米粘土、n -丙烯酰甘油酰胺(NAGA)和明胶甲基丙烯酰(GelMA)组成,称为CNG生物墨水。
 
➣Zhou等人提出了另一种用于制作小直径TEVG的同轴生物打印方法,该方法成功地制作了腔内HUVECs和血管壁血管SMCs的双列管状结构。
 
 
3D打印的组织工程血管移植物
 
 
 
图3.A-C) 通过 DLP 制备的基于 3D 打印氨基树脂的双层管状结构。通过四轴 FDM 生产的 3D 打印 PCL 管状支架的 SEM 显微照片,具有(D、E)矩形和(F、G)金刚石孔设计。 (H) PCL 和 (I) 聚多巴胺/VEGF 表面改性 PCL (PCLDV) 双层管状支架通过静电纺丝和 FDM制备。(J) PCL 和 (K) PCLDV 双层支架结构的 SEM 显微照片。
 
 
➣ 适用于开发支架的工艺包括熔融沉积模型(FDM)、立体光刻(SLA)、数字光处理(DLP)、电液射流3D打印等技术。
 
➣Chiu等使用含有2-羟甲基丙烯酸乙酯(HEMA)和多巴胺的氨基树脂基光敏材料,成功制备出生物兼容的圆柱形和支化管状结构物(图3A-C),内径约为4mm。
 
➣基于定制的几何设计,将直径为260 μm的针压在直径为2 mm的旋转芯轴上,通过挤压PCL制备出具有矩形和菱形孔的管状支架(图3 D-G)。
 
➣采用溶液静电纺丝法制备PCL纳米纤维网片,然后将其缠绕在3毫米长的棒材上,并通过电纺丝片的边缘密封成管状结构(图3 H,J)。
 
 
静电纺的组织工程血管移植物