目的:了解先天性心脏病手术中常用的几种血管和补片替代物尚存在的问题,并制备新型生物材料用于构建组织工程血管及补片。方法:通过大体观察、组织切片染色,了解现有管道材料人体移植后的变化。再应用静电纺丝原理,制备大孔径聚己内酯(PCL)静电纺纤维棉作实验组,以传统紧实PCL电纺膜作对照组,完成材料表征检测和评价。在此基础上,制备无细胞血管支架材料,作动物皮下移植,构建组织工程血管。通过引入一例法洛四联症跨瓣补片扩大手术案例,开展计算机辅助补片形态设计和虚拟补片植入手术,并依据计算流体力学分析,筛选最佳的补片设计方案。最后通过3D打印补片模具,实现自体心包补片三维成型和个体化组织工程血管补片的构建。结果:Gore-Tex管道和牛颈静脉管道管腔中均有假膜形成,同种带瓣管道近乎全层钙化。新型大孔径静电纺纤维棉较传统电纺膜具有更粗的纤维直径,更大的孔径和更好的亲水性;制备出的组织工程血管支架动物皮下移植后可于6周内实现自体细胞长入和组织形成。计算流体力学分析优化的3D打印补片内核可用于自体心包补片三维成型;结合上述大孔径PCL电纺棉,可制备出自体组织工程补片。结论:现阶段使用的血管替代物存在无生长性、细胞难以长入、易引起免疫排斥反应等问题。新型大孔径PCL电纺棉构建的组织工程血管支架可用于构建组织工程血管,结合流体优化的3D打印补片内核,可用于构建个体化组织工程血管补片。第一部分几种血管替代物人体体内植入后的变化目的:了解临床上常用的几种血管替代物人体内移植后的变化,由此总结出尚存在的不足及可能原因,为研制新型组织工程血管提供参考。方法:临床获取再手术时先心患儿早期植入的Gore-Tex管道、牛颈静脉管道和同种带瓣管道标本,通过大体观察、组织学切片HE染色、Masson染色、Verh?eff-van Gieson弹性纤维染色等特殊染色,以及特异性细胞标记物如CD31,SMA或Calponin免疫荧光染色,评价移植物人体移植后的变化。结果:Gore-Tex管道人体内移植后原管道未降解,管道壁中无细胞长入,管腔内形成假膜,继发管腔狭窄。其中假膜平整,富含胶原纤维;CD31+细胞、SMA+细胞或Calponin+细胞在假膜中呈现特殊排列。牛颈静脉管道移植后,原管道无降解,管道壁中无细胞长入,管腔内也可见假膜,继发管道狭窄。牛颈静脉内假膜表面粗糙并伸入管腔,未染出特异性细胞标记物。同种带瓣管道人体内移植后,管道近乎全层钙化,仅残留浅薄的内膜。内膜表面光滑,无假膜形成,基本不含细胞。结论:现临床常用的几种血管替代物依然存在不足:由于不具备生长性,长期易出现管道狭窄,增加再手术置换的风险;管道材料本身孔洞狭小,不利于自体细胞长入和组织形成;异体管道移植后易因机体免疫排斥反应导致组织坏死、继发钙化,减少管道使用寿命。第二部分大孔径聚己内酯电纺棉的制备及其在自体组织工程血管构建中的应用目的:研究新型大孔径聚己内酯(PCL)静电纺纤维棉的制备技术,并在此基础上制备出无细胞大孔径PCL电纺棉组织工程血管支架,初步探索其在构建自体组织工程血管中的应用。方法:以35%(m/v)的PCL/三氟乙醇(TFE)溶液为静电纺原料,以转动的镂空滚筒为接收装置以短距离(6cm)接收,得到具有一定排列取向的新型疏松PCL纤维,该纤维膜层叠后即“大孔径PCL电纺棉”。上述PCL纤维棉卷曲于圆柱管表面,制备出无细胞大孔径PCL电纺棉组织工程血管支架。将这种支架移植到大鼠皮下,待细胞自体细胞长入纤维支架中形成组织,构建出可供移植的自体组织工程血管。研究中以10%(m/v)的PCL/TFE为原料用传统静电纺方法制备的“细密PCL电纺膜”为对照组。结果:用上述新方法可以得到具有一定排列取向,直径达微米级(3.90±1.85μm)的PCL纤维。该纤维架成的大孔径PCL电纺棉从微观形态到力学特性均有明显的方向性,也具有相对更优的亲水性。体外细胞实验表明,平滑肌细胞可良好地粘附于该纤维丝表面。而这种大直径纤维架构出的电纺棉孔隙高达数十微米,以此制成的无细胞组织工程血管支架于大鼠皮下移植后4w内即可完成细胞长入,6w内实现良好的组织化,形成具备移植条件的组织工程血管。而传统方法制备的PCL电纺膜难以实现细胞长入,不能在短期内形成组织工程血管。结论:利用35%高浓度PCL溶液,通过镂空滚筒接收装置可以得到有明显排列取向的大直径PCL纤维及大孔径PCL电纺棉。无细胞大孔径PCL电纺棉组织工程血管支架在皮下移植后可以形成载有自体细胞,具有生长潜能的组织工程血管。第三部分大孔径聚己内酯电纺棉片在个体化肺动脉补片构建中的应用目的:以法洛四联症肺动脉跨瓣补片根治术为案例,行补片设计、虚拟手术及计算流体力学分析和优化,探索基于计算流体力学优化的个体化肺动脉补片设计的可行性,并结合大孔径PCL电纺膜构建出个体化肺动脉补片。方法:选取拟行肺动脉跨瓣补片扩大根治的法洛四联症(To F)患儿,将其术前MRI图像在Materialise?Mimics 17.0软件中重建出肺动脉三维图形。以此为基础完成不同肺动脉跨瓣补片大小、角度的模型设计,并开展虚拟手术。通过Ansys?Fluent 14.5软件结合有限体积法,计算用不同补片完成虚拟手术后肺动脉血流流速、左右肺动脉血流分配比例等指标,筛选出最优的补片设计方案。通过3D打印补片成型模具,术中将患者自体心包贴附于模具内,以0.6%戊二醛交联固定15min,完成自体心包补片个体化三维成型;为了构建出个体化组织工程血管补片,将打印的补片支撑物表面包裹无细胞PCL电纺膜,再移植到动物皮下4w,构建出个体化肺动脉补片。结果:通过计算机辅助设计软件可以重建出To F患者肺动脉三维模型,实现针对大小、角度的补片设计方案,并完成虚拟手术。计算流体力学分析表明,扩大肺动脉瓣环直径可以明显降低肺动脉血流流速,但不能改变左右肺动脉血流配比;而改变肺动脉总干与左右分支的夹角对平衡左右肺血流分配起重要作用。3D打印的肺动脉成型模具结合自体心包补片或大孔径PCL电纺膜可实现优化补片的个体化成型。结论:基于计算机辅助设计的To F跨瓣补片设计、虚拟手术和计算流体力学分析优化在个体化肺动脉补片优化设计中具有可行性;最优化的补片设计可通过3D打印成型模具实现术中自体心包补片三维成型。结合无细胞PCL电纺膜片可构建出个体化组织工程血管补片。