研究背景:近年来,由于人口老龄化和经导管主动脉瓣膜植入（TAVI）技术的普及,在瓣膜性心脏病（VHD）患者中生物人工心脏瓣膜（BHVs）的使用量迅速增加。目前临床使用的BHVs是由戊二醛（Glut）交联固定。然而,由于诸如瓣膜血栓,细胞毒性,内皮化困难,免疫应答和钙化等缺点,以Glut交联的猪心包制作而成的BHVs无法维持预期的耐久性。基于上述缺点设计了许多优化策略,用于改进Glut交联的BHVs的性能。在本项研究中,将猪心包组织脱细胞处理以消除异种抗原,然后包被聚丙烯酰胺/透明质酸（P/H）双网络水凝胶。这种双网络水凝胶是相互贯穿的双网络特殊结构,结合高强度和生物相容性成分的优点可以获得多种生物学特性。在双网络水凝胶包裹的脱细胞猪心包中由离子交联的透明质酸水凝胶具有促进内皮化、抗凝血、抗炎和抗钙化的作用,而由共价交联的亲水性聚丙烯酰胺水凝胶可增加材料抗污和抗凝血性能,以及保护细胞外基质的完整性;两种网络相互穿插可分散材料所受应力,增强其生物力学性能,最终提高其使用耐久性。本研究旨在明确脱细胞结合双网络水凝胶的相互协同作用是否优化了 BHVs的上述生物学特性。研究方法:在体外,首先利用全反射傅里叶红外光谱分析（ATR-FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散光谱（EDS）、苏木精-伊红（HE）染色、Masson染色和免疫荧光染色来确认脱细胞化的Glut交联猪心包（dCell-PP）、透明质酸水凝胶包裹的dCell-PP（HA-PP）、聚丙烯酰胺水凝胶包裹的dCell-PP（PAAm-PP）和PAAm/HA双网络水凝胶包裹的dCell-PP（P/H-PP）的化学组成和形态学结构。水接触角实验、蛋白质吸附实验、血小板粘附实验、溶血实验和离体动静脉分流（AV-shunt）测定用于评估血液相容性。通过人脐静脉内皮细胞（HUVECs）生存、增殖以及迁移测定观察内皮化能力。通过RAW 264.7细胞的酶联免疫吸附测定（ELISA）和免疫荧光染色观察是否会引发引发炎症反应。经快速钙化作用后,抗钙化能力用EDS扫描和茜素红染色来检测。采用胶原酶,弹性蛋白酶,粘多糖降解酶（GAGase）降解实验观察成分稳定性。通过单轴拉伸试验,抗缝合撕裂试验,脉动流体试验和加速疲劳试验评估其生物力学性能。在体内,皮下植入大鼠30天后,通过组织学分析,免疫组织化学染色,免疫荧光染色、Masson染色、维多利亚蓝染色、阿尔新蓝染色、茜素红染色和Von kossa染色来评估在体内的材料稳定性和生物相容性。研究结果:体外结果中,首先证实脱细胞化处理成功以及猪心包外水凝胶确实符合HA和PAAm的化学组成和结构。在血液相容性方面,与Glut-PP相比,P/H-PP吸附蛋白质少,并且具有良好的抗血小板粘附能力。经兔动静脉分流循环实验2小时后,切面和表面图像显示P/H-PP的内腔洁净通畅,而dCell-PP和Glut-PP的内腔被完全堵塞,表面形成大量血栓。在内皮化方面,没有水凝胶包裹的dCell-PP无法支持HUVECs的生长,相反,P/H-PP可以促进HUVECs的粘附,增殖和迁移。关于炎症反应,相比于其他组在P/H-PP并未引起炎症反应。在钙化方面,Glut-PP、dCell-PP和HA-PP上有大量钙结节出现,而PAAm-PP和P/H-PP上几乎没有观察到。为了评估细胞外基质（ECM）的稳定性,使用胶原酶,弹性蛋白酶和粘多糖降解酶处理标本,P/H-PP,PAAm-PP和Glut-PP的质量减少率明显低于dCell-PP和HA-PP;进一步评估生物力学性能,P/H-PP的最大拉伸强度（UTS）和杨氏模量明显高于dCell-PP。在不同的心输出量、心率和平均动脉压下,P/H-PP的有效瓣口面积（EOA）和总反流分数均符合ISO 5480的要求。在耐久性方面,经1.5亿次循环的加速疲劳试验后,P/H-PP的EOA和总反流分数仍符合ISO 5480的要求。体内结果显示皮下植入大鼠30天后P/H-PP与Glut-PP和dCell-PP相比,显示出更好的ECM稳定性,减轻的炎症反应和降低的钙化。结论:研究结果表明,在生物心脏瓣膜移植领域中这种基于双网络水凝胶包裹脱细胞猪心包的创新性方法优化了 BHVs的相关生物特性,包括延长使用耐久性,促进内皮化,抗凝血,抗炎和抗钙化的作用。并且这种方法的设计理念在未来有潜力创造出更多双网状水凝胶包裹的混合生物材料。