心血管疾病治疗中小口径血管移植在植入后期往往存在血管钙化以及内膜增生等问题，使得血管顺应性降低，引发血管堵塞，难以保持长期通畅，致使病人面临二次手术的风险。这些血管移植物面临的问题主要是由于血管内皮化不完全造成。因此，如何实现血管移植物快速内皮化，同时预防血管钙化以及新生内膜增生的产生，实现原位血管重构，是当下亟待解决的难题。
近日，南京师范大学沈健/袁江教授课题组从结构和生物功能双重仿生的角度出发，制备了一种内层催化释放NO外层释放H2S的双层血管。相关工作以“Endothelium-Mimicking Bilayer Vascular Grafts with Dual-Releasing of NO/H2S for Anti-Inflammation and Anticalcification”为题发表在ACS Applied Materials&Interfaces。本研究中，作者利用还原法提取得到富含巯基的角蛋白，并进一步通过巯基交换反应制备得到角蛋白硫化氢大分子供体KS，与PLCL混合通过静电纺丝作为血管的外层。另外，作者对内皮糖蕚层中的透明质酸进行巯基改性并络合铜离子得到SH-Cu复合物，通过静电纺丝作为血管的内层（图1）。PLCL/KS//PLCL/SH-Cu双层血管可通过释放NO和H2S分别调控内皮细胞和平滑肌细胞的生长行为，在体内与大鼠自体腹主动脉吻合良好并可以保持长期通畅，有效抑制血管钙化。
图1： 角蛋白的H2S供体(KS)和SH-Cu复合物的合成及PLCL/KS//PLCL/SH-Cu双层血管的制备示意图。
PLCL/KS//PLCL/SH-Cu双层血管内外层连接紧密，结构上无分层。并且，血管具有很好的力学弹性和顺应性，植入后可以很好地与自体血管吻合并能够适应血流压力。血管内外层为多孔纳米纤维结构有利于血管细胞在其表面的粘附和生长（图2）。
图2：PLCL/KS//PLCL/SH-Cu双层血管的宏观及微观形貌。
血管内层PLCL/SH-Cu可以稳定催化血液中的GSNO供体释放NO，并促进内皮细胞HUVECs的增殖和迁移；血管外层PLCL/KS在GSH的催化下可以释放H2S长达100小时之久，并对平滑肌细胞HUASMCs的过度增殖和迁移具有抑制作用，可以有效预防内膜增生。另外，NO和H2S信号通路之间可以相互调控和促进。在有NO作用时HUASMCs中分泌的H2S含量递增，同样在H2S作用下，HUVECs可分泌更多NO。并且NO和H2S的协同作用进一步促进HUVECs的增殖，抑制HUASMCs的过度生长（图3）。
图3：PLCL/KS//PLCL/SH-Cu双层血管对血管细胞生长行为的调控。
PLCL/KS//PLCL/SH-Cu双层血管具有很好的血液相容性，内层PLCL/SH-Cu通过催化释放NO可以有效抑制血小板的聚集和激活。将血管植入大鼠腹主动脉置换模型（长度1 cm，直径2 mm）中评价原位血管重构能力。实验结果证实，双层血管在植入一个月后仍保持长期通畅，无血栓生成。组织切片染色表明血管再生组织中含有丰富的成束的胶原纤维，并且血管降解速率与新生组织再生速率相匹配。CD31 (内皮细胞特异性标志物)和α-SMA (一种平滑肌细胞特异性标志物)免疫荧光染色证明血管上逐渐形成了连续的内皮与平滑肌层，标志着双层血管内皮化完成（图4）。
图4：PLCL/KS//PLCL/SH-Cu双层血管体内植入。
血管钙化的主要环节是血管平滑肌细胞在病理因素影响下分化为成骨样表型细胞，以及骨形态发生蛋白(BMP)的合成和分泌。H2S可以通过维持HUASMCs的收缩表型和抑制HUASMCs的成骨表型分化来缓解血管钙化的发生。在体外细胞实验中，茜素红染色结果证实血管外层PLCL/KS与PLCL对照组相比无明显的钙结节生成，并且细胞中的钙含量沉积也远低于PLCL组。血管植入一个月后的切片染色也无明显的红色钙结节产生。综上，双层血管可通过H2S释放起到抗血管钙化的作用（图5）。
图5：PLCL/KS//PLCL/SH-Cu双层血管抗钙化性能。
综上，PLCL/KS//PLCL/SH-Cu双层血管结合了角蛋白和透明质酸的良好生物相容性，同时通过NO和H2S的双重释放调控血管细胞的生长，发挥促内皮化，抗炎，以及抗血管钙化的功能。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.3c15176
人物简介：
袁江，南京师范大学教授，博士生导师。主要从事两性离子生物材料，血管组织工程支架材料，角蛋白生物材料等研究。参获 2009 年度高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）一等奖、2020 年度中国产学研合作创新与促进奖产学研合作创新成果奖一等奖、2022年度江苏省科学技术奖二等奖等。
沈健，南京大学/南京师范大学教授、博士生导师、生物医药功能材料国家地方联合工程研究中心、江苏省生物医药功能材料协同创新中心、江苏省生物功能材料重点实验室和江苏省界面化学工程技术研究中心主任。兼任中国复合材料学会界面工程专业委员会主任、中国复合材料学会生物医用复合材料分会主任。长期从事多组分、多相复合体系界面化学和生物医用材料研究。主持国家、省部和企业委托重大科技项目 22 项，出版专著 3 部、发表论文 500 余篇，累计引用超 10000 次；授权发明专利 65 件；获国家设立的科学技术奖和教学成果奖 16 项、荣誉称号 6 项。研发、应用在线检测、动态调控固体粒径及其分布技术、用作界面调控的三元共聚物结构优化技术和生物材料两性离子表面构建技术， 推动了化工、材料、农药和医药卫生等行业技术进步。
殷猛，上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心心胸外科主任医师、博士研究生导师。上海市小儿先天性心脏病研究所生物材料与组织工程研究室主任、中国生物材料学会青年委员、中国生物医学工程学会组织工程与再生医学分会委员等。从事临床一线心胸外科工作20余年，累计主刀各类婴幼儿复杂先天性心脏病手术2000余例，具有丰富的临床手术经验。
