DOI: 10.1007/s42242-020-00109-0

组织工程是解决再生医学中组织修复和器官置换问题的一种新兴手段。大型组织中细胞的营养物质和氧气供应不足，从而导致了对血管的需求。基于支架的组织工程策略是形成新血管组织的有效方法。对血管的需求促使人们对组织工程血管支架的制备工艺进行了系统的研究。3D打印的最新进展有助于制备出符合要求的血管支架，为组织血管化提供了广阔的前景。本文综述了血管支架的制备方法、印刷材料和制备工艺的研究现状，并讨论了各种方法的优点和应用领域。特别强调了基于支架的组织工程方法对血管再生的意义和重要性。详细讨论了印刷材料和制备过程。重点关注3D打印技术和传统制备工艺（包括铸造、静电纺丝和类似乐高积木的构建方法），并以相关研究为例进行说明。接下来，讨论了血管支架向临床应用的转化。此外，还提出了组织工程血管支架3D打印的四个趋势，包括机器学习、近红外光聚合、4D打印以及自组装和3D打印的组合。

图1.检索了科学网过去10年中，以3D打印、组织工程、支架和动脉/小动脉/毛细血管/静脉/小静脉为主题的统计数据。

图2.血管的组织和分层结构示意图。血管由动脉、小动脉、毛细血管、静脉和小静脉组成，范围从几微米到几毫米。

图3.3D打印血管再生用组织工程支架的制备策略。血管支架的制备过程包括细胞培养前的四个阶段：3D建模，打印材料的准备，支架的制备过程和表征。基于3D打印的制备工艺可用于制备复杂的血管支架。

图4.血管支架的建模方法：基于算法的参数建模：Ai通过TPMS算法建模以建立具有不同体积分数的模型。Aii通过基于AI的进化算法进行建模，以设计可重新配置的结构。B基于逆向工程建模以创建血管模型：Bi通过显微CT扫描进行3D重建。Bii通过MRI扫描进行3D重建。Biii通过CT扫描和参数建模进行建模，以构建复杂的微结构。

图5.常见水凝胶的交联过程以及改性SF、功能化MNPs和丝-石墨烯水凝胶的制备：A明胶和GelMA的交联过程示意图。B通过改性SF分子制备SF生物墨水。C通过共沉淀和超声处理，用PLGA制备功能化的MNPs，通过共沉淀和电喷雾制备功能化的MNPs。D通过电场制备丝-石墨烯水凝胶。E海藻酸盐水凝胶的离子交联。F明胶和GelMA的热交联以及GelMA的光交联。

图6.挤出式3D打印构建血管组织工程支架：A通过挤出式3D打印设备制备具有三层中空通道的血管支架。B通过同轴喷嘴辅助3D打印制备具有内置微通道的血管支架。C通过挤出式多喷嘴生物打印机制备含异质材料的体素结构。D通过挤出式3D打印在悬浮浴中制备血管支架。E通过挤出式3D打印在步进电机驱动旋转管状模型上制备血管支架。

图7.喷墨3D打印构建血管组织工程支架：A喷墨3D打印设备。B喷墨3D打印过程：Bi喷墨3D打印过程的示意图。Bii悬浮式喷墨3D打印方法的示意图。C EHD 3D打印设备的示意图。D直径范围为500nm-100μm的两种EHD 3D打印的示意图。E带有附加电极的改良版EHD 3D打印设备。

图8.紫外线辅助3D打印构建血管组织工程支架。A通过立体光刻3D打印制备GelMA支架。紫外光由聚焦系统引导。B通过DLP印刷技术制备双层核-壳结构。C通过层析重建由体积递增法制备支架。

图9.通过铸造和3D打印制备血管支架的过程：A通过铸造和挤出式3D打印技术制备血管支架。B通过铸造和EHD 3D打印以及FDM 3D打印技术制备血管支架。C为了制备心脏模型，通过紫外线辅助3D打印技术制备心脏组织，通过浇铸以填充基质，通过嵌入式3D打印制备血管网络。D通过腐蚀铸造和向血管中灌注溶液来制备血管支架。

图10.通过静电纺丝和3D打印技术制备血管支架：A通过静电纺丝和挤出式3D打印技术制备表面结构。B静电纺丝和喷墨3D打印技术：Bi通过静电纺丝和喷墨3D打印技术制备血管支架；Bii通过静电纺丝和EHD 3D打印技术制备血管支架。C通过静电纺丝和立体光刻技术制备血管支架。

图11.用类似乐高积木的构建方法和3D打印技术制备血管支架：A为了制备出具有多种功能模块的可拆卸整体式血管支架，采用类似乐高积木的构建方法和3D打印技术制备血管支架。B为了制备出具有微通道结构的支架，采用类似乐高积木的构建方法、3D打印和常规铸造技术制备支架。

图12.评估由不同集成技术制备的血管支架，以及所采用的制备技术对血管细胞生长和组织血管形成的影响。