發(fā)布時間：2025-08-12
近日，中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院巫林平研究員和南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院趙明主任醫(yī)師團(tuán)隊聯(lián)合在Advanced Healthcare Materials雜志在線發(fā)表標(biāo)題為“Microscopically Adaptable Bioink Guide Cell Compartmentalization toward Morphogenesis of a Functional Vasculature-Like System”的研究論文。該研究采用動態(tài)共價交聯(lián)與光引發(fā)共價交聯(lián)正交設(shè)計制備了模擬細(xì)胞外基質(zhì) (ECM) 微觀適應(yīng)性和宏觀穩(wěn)定性的雙交聯(lián)3D打印生物墨水，其打印形成的動態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為細(xì)胞提供適應(yīng)性微環(huán)境，從而促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞與血管平滑肌細(xì)胞自發(fā)形成具有仿生雙層結(jié)構(gòu)的血管網(wǎng)絡(luò)，該血管網(wǎng)絡(luò)具備體外收縮以及體內(nèi)快速重建血運的功能。該研究為血管化組織工程提供了新的生物制造策略。
血管化是目前限制大尺寸組織工程支架構(gòu)建的關(guān)鍵問題。盡管近年來人工血管/血管網(wǎng)絡(luò)的生物制造技術(shù)獲得了巨大的發(fā)展，但構(gòu)建具備仿生結(jié)構(gòu)以及收縮功能的血管網(wǎng)絡(luò)一直是領(lǐng)域重大挑戰(zhàn)。為解決上述問題，研究團(tuán)隊開發(fā)了一種具有動態(tài)共價交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的仿ECM生物墨水，通過模擬ECM的適應(yīng)性微環(huán)境和結(jié)構(gòu)組分，引導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞自發(fā)排列形成具有仿生雙層結(jié)構(gòu)的血管網(wǎng)絡(luò)。
通過蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，研究團(tuán)隊進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)功能化血管網(wǎng)絡(luò)中缺氧誘導(dǎo)因子-1 (HIF-1)信號通路和糖酵解/糖異生通路相關(guān)的蛋白顯著上調(diào)，表明血管內(nèi)皮細(xì)胞與血管平滑肌細(xì)胞能夠有效相互作用，促進(jìn)糖酵解和三磷酸腺苷（ATP）含量的增加，并通過細(xì)胞骨架重塑和細(xì)胞遷移促進(jìn)血管結(jié)構(gòu)的形成。同時功能化血管網(wǎng)絡(luò)中與細(xì)胞粘附、肌動蛋白細(xì)胞骨架形成以及焦點粘附相關(guān)的蛋白顯著上調(diào)，提示粘附斑激酶（FAK）信號通路參與了血管結(jié)構(gòu)的形成，并通過調(diào)節(jié)細(xì)胞粘附和細(xì)胞骨架重塑，將機(jī)械刺激轉(zhuǎn)化為細(xì)胞代謝信號，促進(jìn)糖酵解和血管結(jié)構(gòu)的形成。
此外，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)功能化血管網(wǎng)絡(luò)在體外可響應(yīng)血管緊張素呈現(xiàn)收縮反應(yīng)。在植入后肢缺血模型小鼠后，功能化血管網(wǎng)絡(luò)可快速改善缺血側(cè)后肢的血流灌注，防止周圍組織壞死并促進(jìn)肢體的功能恢復(fù)。研究團(tuán)隊以此為基礎(chǔ)制備了血管化皮膚支架，植入后功能化血管網(wǎng)絡(luò)可通過快速重建損傷部位血運，有效支持支架中人源真皮成纖維細(xì)胞的存活和功能，從而顯著提高了大尺寸全層傷口的愈合速度。
廣州健康院巫林平研究員和南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院趙明主任醫(yī)師為該論文的共同通訊作者，南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院博士后陳珺（現(xiàn)為廣州健康院副研究員）與廣州健康院實習(xí)研究員吳玉瓊為共同第一作者。研究項目得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、廣州市科技重點研發(fā)項目、廣州市科技計劃、廣東省重大人才工程項目等經(jīng)費的支持。
圖1 利用雙交聯(lián)生物墨水打印的3D材料能夠引導(dǎo)細(xì)胞自組裝形成功能化血管網(wǎng)絡(luò)
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