南方科技大学蒋兴宇教授《Matter》：人造电子血管问世！
2020/11/25 14:06:36
admin
心血管疾病仍然是全球范围内导致死亡的首要原因。在通过冠状动脉搭桥术进行的心血管疾病治疗中，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。
南方科技大学蒋兴宇教授和中国医学科学院阜外医院张岩副主任医师合作通过使用聚（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地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。该研究以题为“Electronic Blood Vessel”的论文发表在《Matter》上。作者以聚四氟乙烯为轴，卷上基于PLC的金属-聚合物导体（MPC）膜（图1B）来制造电子血管（图1A）。MPC电路能很好地分布在三维多层管状结构中。电子血管的内径约为2毫米（图1A），具有柔性和可降解性。MPC电路具有导电性（图1B-1D），其电导率约为8×103S cm-1。即使经过大约1000个弯曲和摩擦循环后，电路的ΔR/ R也能保持恒定（图1C）。为了制造MPC-PLC膜，作者在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）膜上丝网印刷了导电油墨（图1E）。作者通过超声处理镓铟合金（EGAIn）和挥发性溶剂（1-癸醇）的混合物来制备液态金属导电油墨（图1F和1H）。液态金属颗粒（LMP）具有核-壳结构，其中核是Ga-In合金，壳是Ga-In氧化物（图1G），其直径约为2μm（图1J）。作者将基于LMP的电路嵌入到PLC中，蒸发掉溶剂后，就得到了从PET基材上剥离下来的MPC-PLC膜（图1E）。为了确定电子血管是否适合于体内植入，作者在植入之前测量了直径为2 mm的电子血管的机械性能。其弹性模量约为130MPa，极限抗拉强度约为27 MPa，都比天然颈动脉的值高得多，被认为足以植入。于是，作者选择了新西兰兔作为动物模型，并用电子血管代替了颈总动脉（图2A–2C）。作者通过多普勒超声成像（图2D-2I）和动脉造影（图2J和2K）监测了植入的电子血管。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（图2D–2G）。在植入后的半个月至三个月内，电子血管的直径保持在一个相对恒定的值（约2.3 mm）（图2G和2H）。在不同时间点，不同样品中的血流平均速度约为0.47 m s-1，处于正常值范围内（图2I）。作者在植入后3个月解剖了所有植入的电子血管以进行表征。植入的电子血管的内腔和外表面是光滑的，被重塑组织覆盖（图3A和3B）。由于缺乏血压，天然血管的直径会显着减小，而电子血管则能保持不变（图3C）。作者还可以在回路的顶部看到一些红细胞，其数量与天然血管上的数量相似（图3D）。作者对电子血管进行了组织学染色，结果表明宿主细胞已成功迁移并渗透到电子血管中，并在电子血管的内腔中形成了具有弯曲结构的致密细胞层，这表明其具有极好的内皮化作用，从而确保了稳定的血流。研究表明，这些器官没有明显的病理变化或炎症反应，大多数指标均在正常范围内。这些结果证实，作为血管系统的植入物，电子血管对宿主没有明显的损害。总结：作者通过将液态金属基导电电路与可生物降解的聚合物集成在一起，开发了一种具有出色的生物相容性、柔韧性、导电性、机械强度和可降解的电子血管。该血管能够原位电刺激以促进内皮化过程和通过电穿孔将基因传递到血管细胞的特定层中。在植入兔子模型血管系统中的3个月内，它表现出出色的通畅性和生物安全性。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。
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238520304938
0
网友评论
请遵循相关法律法规，理性发言
查看更多回复
