3min精度Biomaterials~人工血管移植物模拟缺氧反应促进血管再生

中文标题：模拟缺氧反应促进人工血管移植再生

研究对象：大鼠腹主动脉模型——人工血管再生

发表期刊：Biomaterials

影响因子：10.317/Q1

研究背景

组织损伤后细胞向缺氧转化可以改善多个组织的血管生成和再生。为了利用这一优势，目前已制备了许多模拟缺氧的支架，但植入人工小直径血管移植物(SDVGs)的氧气接触状态尚未被研究。因此，作者测定了静电纺丝PCL移植物植入大鼠腹腔动脉后的氧接触状态。经测定可知：移植物的腔壁和腔壁近端为常氧区，只有移植物内部为缺氧区。鉴于这种不同的氧接触状态和血管再生是人工小直径血管移植物（SDVGs）植入成功的关键因素，作者研究了修饰二甲基羟醛甘氨酸(DMOG、HIF-1α稳定剂)的人工小直径血管移植物（SDVGs）来模拟缺氧反应，从而改善人工血管移植物的血管再生。

研究思路

主要研究结果

1、 静电纺丝PCL移植物体内氧接触状态

对静电纺丝PCL移植物植入大鼠腹主动脉后的氧接触状态进行评估，证实了低氧探针检测腹部环境组织缺氧的特异性和有效性。接着，用低氧探针检测PCL移植物的氧接触状态：PCL移植壁内侧和外侧为常氧区，只有移植物壁内部为缺氧区。

图1：PCL移植物植入大鼠腹腔动脉7天后

氧接触状态的原位评价

2、DMOG对内皮功能的影响

通过WB检测HUVEC的HIF-1a表达、ELISA检测VEGF分泌、CCK-8检测细胞增殖、划痕试验评估细胞迁移、DAF-FM荧光测定细胞内NO的产生，综合表明三种负载DMOG的PCL移植物释放的DMOG均对改善HUVEC功能有积极作用，不过这种效应也表现出剂量依赖性。

图2：PCL 移植物释放的DMOG

对HUVECs功能的影响

3、DMOG对巨噬细胞功能的影响

通过WB检测巨噬细胞RAW264.7中HIF-1α，发现PCL-1.6D组表达量显著高于其他组，同时PCL-1.6 D组IL1b、IL6、Tnfa和Ifng基因显著下调，Tgfb1、IL13、Arg1、Fizz1基因显著上调。通过将移植物和巨噬细胞、HUVECs细胞共培养发现三种DMOG负载的PCL移植物均可改善HUVECs迁移，通过移植物和巨噬细胞、SMCs细胞共培养发现PCL-1.6D组培养的巨噬细胞能更有效地上调SMCs中α-SMA和MYH蛋白的表达。

图3：负载DMOG的PCL移植物

释放DMOG对巨噬细胞行为的影响

4、移植7d后，HIF-1α表达及炎症反应评估

基于PCL-1.6D移植物对内皮细胞和巨噬细胞功能的调节能力，选择PCL-1.6D组作为大鼠腹腔动脉置换模型的最佳候选；移植7天后，彩色多普勒超声检测显示，两种类型的移植物术后仍保持通畅。WB结果显示，PCL-1.6 D组HIF-1α的表达明显高于PCL移植物。qRT-PCR结果也表明PCL-1.6D移植物中HIF-1α蛋白调控的基因(Vegf、Cxcl12、Fgf2)显著上调，优于PCL移植物。免疫荧光显示，PCL和PCL-1.6D移植物中CD68+巨噬细胞的数量相似，而PCL-1.6 D移植物中可见更多CD206+抗炎巨噬细胞。这些结果表明PCL-1.6D移植物释放的DMOG使更多巨噬细胞极化为抗炎M2表型。

图4：移植7天后，PCL和PCL-1.6 D移植物组HIF-1α

蛋白表达及巨噬细胞极化测定

5、移植4周后，血管再生分析

植入4周后，PCL和PCL-1.6D组均无血栓、动脉瘤和狭窄出现。与PCL移植物相比，PCL-1.6D组释放DMOG可有效增加细胞浸润、毛细血管和新生内膜形成。免疫荧光染色检测移植物的炎症状态，PCL移植物和PCL-1.6 D组中CD68+巨噬细胞的数量比较接近，而PCL-1.6D组中CD206+抗炎巨噬细胞显著升高。

图5：植入1个月后

观察移植物的开放程度和炎症反应

植入4周后，SEM图像显示PCL-1.6D组的吻合口、四分之一和中间位置已被一层融合的内皮细胞（ECs）覆盖，而PCL移植物只有吻合部位显示ECs覆盖。同时PCL-1.6 D组的平滑肌细胞（SMCs）覆盖率、收缩表型的平滑肌细胞（MYH + SMC）的覆盖率和面积显著高于PCL移植物。这说明PCL-1.6 D组对ECs和SMCs的再生效果优于PCL移植物。

图6：移植物植入1个月后

内皮化和血管平滑肌细胞（SMCs）再生评估

研究亮点：

细胞缺氧反应具有促进血管形成和组织再生的潜力，本研究模拟人工小直径血管移植物(SDVGs)缺氧反应来促进血管再生；静电纺丝PCL的氧接触状态为腔壁和腔壁附近的区域是常氧区，只有移植物内部是缺氧区，这是利用DMOG诱导模拟缺氧反应和随后调节PCL移植物血管再生的先决条件。体外细胞实验表明，负载DMOG的PCL移植物主要通过增强HUVECs细胞中HIF-1α的稳定性来促进HUVECs细胞的增殖、迁移和VEGF、NO的释放。此外，负载DMOG的PCL移植物也增加了巨噬细胞中HIF-1α的稳定性，调节巨噬细胞向M2抗炎型极化，增强了其对HUVECs迁移和SMC收缩蛋白表达的调控作用。大鼠腹主动脉植入实验表明PCL移植物释放的DMOG可促进内皮化、收缩SMCs再生、血管化，并可调节移植物的炎症反应，从而促进血管再生。

文献：

The effect of hypoxia-mimicking responses on improving the regeneration of artificial vascular grafts.

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