南科大和阜外医院合作在人造电子血管方面取得突破性成果

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近日，南方科技大学生物医学工程系研究人员和中国医学科学院阜外医院研究者合作通过使用聚（L-丙交酯-co-ε-己内酯）（PLC）来封装液态金属以制造柔性和可生物降解的电路，从而开发了一种电子血管。该研究以题为“Electronic Blood Vessel”的论文发表在Matter上。

这种电子血管可以将柔性电子与三层血管细胞集成在一起，以模仿和超越自然血管。该电子血管通过电刺激可以有效促进伤口愈合模型中的细胞增殖和迁移，并可以通过电穿孔将基因可控地递送到血管的特定部位。通过兔颈动脉置换模型的3个月体内研究，作者评估了电子血管在血管系统中的功效和生物安全性，并通过超声成像和动脉造影证实了其通畅性。该研究为将柔性、可降解生物电子学整合到血管系统中铺平了道路，该系统可以用作进一步治疗的平台，例如基因疗法、电刺激和电子控制的药物释放。

目前，心血管疾病是全球范围内导致死亡的首要原因。通过冠状动脉搭桥术进行的心血管疾病治疗，现有的小直径（<6 mm）组织工程血管（TEBV）尚未满足临床需求。大多数研究中所用的方法仅将TEBV用作提供机械支持的支架，其主要依赖于宿主组织的重塑过程，而在帮助新血管再生方面存在明显的局限性。迄今为止，现有研究均未取得令人满意的临床结果。具体而言，血流和TEBV之间复杂的相互作用通常会引起炎症反应，从而导致血栓形成、新内膜增生等问题。为此，新一代TEBV应该不仅能充当支架以提供机械支持，而且还能具备主动响应并与重塑过程相结合的能力，以便在植入后提供适应性治疗。

团队以聚四氟乙烯为轴，卷上基于PLC的金属-聚合物导体（MPC）膜来制造电子血管。电子血管的内径约为2毫米，具有柔性和可降解性。MPC电路具有优异的导电性，能很好地分布在三维多层管状结构中。研究发现，电子血管还具有优异的细胞安全性，培养的三种血管细胞（人脐静脉内皮细胞、人主动脉平滑肌细胞、人主动脉成纤维细胞）均具有很好的活性。此外，团队还构建了3D的电功能模型，通过电化学工作站在体外进行电刺激内皮细胞，促进其增殖迁移。同时，将三种血管细胞图案化在电子血管上，构建3D模型，通过电转仪进行体外电转GFP质粒，培养两天后观测到质粒的表达。

其中，团队选择了新西兰兔作为动物模型，用电子血管代替了颈总动脉。并通过多普勒超声成像和动脉造影监测了植入的电子血管。据多普勒超声成像显示，植入后3个月，电子血管允许稳定的血流通过，这也表明了电子血管出色的通畅性。将来，该电子血管可以与其他电子组件和设备集成在一起，以实现诊断和治疗功能，并通过在血管组织-机器界面中建立直接连接来极大地增强个性化的医学功能。

成诗宇、杭晨、丁力为论文的共同第一作者，蒋兴宇（南科大）张岩（阜外医院）为论文通讯作者。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238520304938

来源：南方科技大学

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