基于三段式电纺膜制备三层组织工程血管的初步研究及评价

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目的:血管内皮细胞与平滑肌细胞适宜的生长环境不同,在设计组织工程血管时因根据细胞的不同生长特性设计相应的结构。本研究将3种结构纺制于一张电纺膜上,利用其同时具有三种结构的特性制备三层组织工程血管。方法:通过高压静电纺丝技术用聚L-丙交酯-己内酯(PLCL)制备三段式电纺膜。并对电纺膜进行理化性能分析及生物相容性评价。并将材料卷成管状埋入动物皮下,于7天后取出做组织学评价。最后利用体内组织工程方法,将皮下埋入1周后的组织工程血管进行大鼠腹主动脉的原位移植,并于2周、10周时进行腹部多普勒超声检查,10周后取出血管移植物进行组织学分析。结果:三段式电纺膜具有良好的力学性能,生物相容性好,内皮细胞与平滑肌细胞均可在其上快速增殖。组织工程血管皮下埋入1周后组织学分析显示细胞浸润良好。大鼠腹主动脉原位移植2周、10周后腹部多普勒超声显示血管通畅,无血栓附着,血管未发生明显形变。移植10周组织学分析显示,移植血管内皮化良好,有大量平滑肌细胞增殖,形成大量弹性纤维。结论:利用三段式电纺膜制备的三层组织工程血管具有良好的畅通性,因其结构上的仿生设计,利于血管内皮细胞及平滑肌细胞生长,制备过程简单,具有良好的应用潜能。第一部分静电纺丝技术制备三段式电纺膜及其性能研究目的:为解决传统形态电纺膜纤维结构致密无序,不利于细胞浸润、定向排列、形态维持及大孔电纺材料制作的人工血管机械强度不足,移植后管壁易形变的缺点。本研究用自主设计的电纺接收器制备三段式电纺膜,并评估其机械性能,结构特征及生物相容性。方法:采用生物相容性好,降解周期适中的聚合物高分子材料PLCL进行电纺。以10%(m/v)PLCL溶液为原料,通过静电纺丝技术利用自主设计的接收器制得三段式电纺膜。将对电纺膜进行结构力学分析及生物学评价。结果:SEM图像显示,电纺膜的三段具有不同结构,纤维直径与孔径各异,达到设计效果。电纺膜整体力学性能优秀,满足人工血管的要求。同时体外及体内实验证实具有良好的生物相容性。结论:利用自主设计的电纺接收器制备的三段式电纺膜具有良好的生物相容性和力学性能。将其制成三层血管支架进行皮下埋植后,细胞浸润良好,利用体内组织工程的方法制得的人工血管管壁光滑,细胞浸润快,胶原丰富,满足下一阶段动物体内原位移植的要求。第二部分三层复合结构人工血管的初步研究目的:为解决小孔径血管移植后易血栓形成、闭塞风险高,长期通畅率低的缺点,本研究拟利用三段式电纺膜制备三层复合结构人工血管,评价其在体内原位移植后的效果。方法:通过第一部分的方法制备三段式电纺膜,并通过缠绕于硅胶棒上,制得三层血管支架,经过皮下埋植1周,利用体内组织工程的方法制得三层人工血管之后进行SD大鼠腹主动脉原位移植,于2周及10周是通过多普勒超声检测血管通畅性及形态,并于移植10周时,进行取材,对其进行组织学及细胞成分分析。结果:将三层人工血管原位移植到大鼠的腹主动脉中。移植2周和10周时行超声检测,超声图像显示人工血管保持通畅,人工血管内径与自体动脉相仿,未见明显狭窄或扩张。在移植的10周内,人工血管保持其管状结构并显示出良好的机械性能。尽管支架被部分生物降解,但细胞与细胞基质紧密结合,并生成大量胶原蛋白。血管内层被大量v WF(+)的内皮细胞覆盖。Desmin(+)的平滑肌细胞分布于血管壁中外层,标志成熟平滑肌细胞的产生。同时可见大量elastin(+)的弹性纤维生成,但与自体血管相比尚缺乏连续性。结论:利用三段式电纺膜制备的三层人工血管支架在皮下埋植后,有大量的细胞浸润以及胶原生成,使支架更趋于一体化,通过仅1周的时间获得了含自体组织的人工血管,并在体内移植过程中表现出良好的畅通性以及结构强度的稳定,通过组织学与细胞成分分析,其与天然血管具有相似的结构,具有完整的内皮层,可以有效减少血栓的形成,同时含有成熟的平滑肌细胞以及丰富的弹性纤维,有利于维持血管的弹性。这些充分体现了利用三段式电纺膜制备人工血管具有良好的潜力。
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