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  目前，小口徑人工血管（<6mm）的研究與應用面臨諸多挑戰(zhàn)。這些血管常用于心臟病和周圍動脈疾病治療，但因其直徑小，易發(fā)生堵塞和血栓。天然血管內膜為一層光滑致密的內皮細胞，中膜為填充在細胞外基質中的平滑肌細胞。現(xiàn)有臨床應用材料，如聚四氟乙烯（PTFE）和聚酯（如Dacron）血管，不能完美模仿天然血管的結構和功能，彈性差導致血小板易沉積，表面疏水導致內皮細胞難以附著，因此血栓形成風險較高。

  研究者首先將植物纖維素在離子液體中溶解后通過模具澆筑的方法進行再生，制備了再生纖維素（RC）水凝膠管，然后將水凝膠管浸泡于一定濃度的甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）溶液中并添加交聯(lián)劑和光引發(fā)劑，最有通過紫外光聚合后水洗制備了再生纖維素-聚甲基丙烯酸羥乙酯（RC-pHEMA）雙網絡水凝膠管。通過控制HEMA濃度、浸泡時間、光聚合時間使聚甲基丙烯酸羥乙酯在纖維素網絡中呈現(xiàn)梯度分布，實現(xiàn)表面光滑致密，內部疏松多孔的仿生結構；同時制備的復合管具有與天然血管相近的力學性能和彈性，可縫合、可彎曲。（圖1） 

【材料表征】

  研究者首先通過FTIR、NMR、XRD、XPS、分子模擬等表征方法證實了pHEMA在RC網絡中的分布以及相互作用。（圖2） 

  然后測試了復合材料的力學性能，縫線保留，爆破壓力，水接觸角并通過SEM觀察了材料的內部結構。結果顯示單純RC或pHEMA力學性能較差，二者復合后相互增強，力學性能顯著提升并與天然血管類似。SEM觀察證實了pHEMA在RC網絡中梯度分布，形成了表面光滑致密，內部疏松多孔的仿生天然血管結構。（圖3） 

【材料體外細胞和血液相容性】

  隨后利用人臍靜脈內皮細胞（HUVECs）和兔血測試了體外細胞和血液相容性。結果顯示RC-pHEMA無細胞毒性，不會影響細胞的正常增殖、黏附和遷移。RC-pHEMA不會引起溶血，重要的是相比于臨床使用的膨體聚四氟乙烯（ePTFE）人工血管，RC-pHEMA親水的表面可以使纖維蛋白原和血小板黏附量較少，這從源頭上減少了血栓形成。（圖4，圖5） 

【材料體內植入】

  最后將RC-pHEMA移植替換兔頸動脈，通過血管超聲發(fā)現(xiàn)植入3個月后管腔血流通暢，未見明顯狹窄，病理染色發(fā)現(xiàn)管壁內側有內皮細胞生長，管壁外側有新生血管形成，未見明顯炎癥反應。對兔的其他器官（心、肝、腎）進行病理分析顯示RC-pHEMA不會對全身重要臟器產生影響。（圖6） 

  綜上所述，梯度擴散和聚合方案使RC-pHEMA人工血管能夠復制天然血管的微觀結構和機械/界面性能，具有良好的生物相容性和體內植入的通暢性。本研究開發(fā)的簡單、高效、可控的策略為纖維素基小口徑人工血管的開發(fā)和應用提供了新的可能性，同時也為制備其他仿生材料提供了參考。

  論文信息：Miao Tian¹, Jianbo Shuai¹, Brandon A. Bishop, Wei Zhang, Jimei Chen*, Xiaohui Wang*. Plant cellulose-based biomimetic artificial Small-Diameter vascular materials enabled by gradient Dual-Network entanglement. Chemical Engineering Journal 476 (2023) 146751. DOI: 10.1016/j.cej.2023.146751.

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146751

  下載：Plant cellulose-based biomimetic artificial Small-Diameter vascular materials enabled by gradient Dual-Network entanglement