纺织品医学用途的创新——人造纱与细胞的融合

文/侯海燕

美国北卡州立大学(NC State)的研究人员报告了一种有希望的临床发现，即一种血管移植物被设计成一种替代受损或阻塞的冠状动脉的原型，它可向心脏提供血液，而其中的用材却是人造纱。这个创新与美国凯斯西储大学（Case Western Reserve University）研究人员的合作是分不开的，他们也因此成为开发人工移植材料的部分成员。

当患者心脏病发作时，患者的血管可能无法工作，即需要用其他可能的类似移植物替代受损或阻塞的冠状动脉。最终，移植物被设计成一个支架，以帮助患者血管再生。

这一研究虽然还处于早期阶段，但研究人员表示，他们的设计将有助于推动该领域向前发展。研究人员在《材料科学与工程》杂志发文称，他们通过人造纱线编织胶原蛋白材料来制造血管移植物的原型成为可能。他们发现，与单独使用胶原蛋白材料的模型相比，这类设计显示出更好的强度，并且与人类冠状动脉相比更具有灵活性。此外，在对人类内皮质细胞的研究中，他们看到了移植物上细胞的生长和粘附性的增加，这表明它有助于冠状动脉内衬的再生。

该研究的作者是马丁·金（Martin King），他是美国威尔逊纺织学院的生物纺织和纺织技术教授。他说，这类纺织研究为冠状动脉置换移植物研究提供了新方向，即用胶原蛋白作为纱线是一种非常新颖的方式。他们不仅依赖这种材料，而且还可将这些材料混合，并表明这两种纤维均可提供机械强度并符合医学界的生物反应机制。

现行的患者冠状动脉替代物原有一种“金标准”，如用腿部或乳腺动脉的静脉来代替冠状动脉，但有些病人没有这类动脉可采。因此，有必要为这类患者找到替代的解决方案。这就是为什么他们希望采用工程工艺，将胶原蛋白编织成血管作为移植替代物。在设计这种可取代冠状动脉的合成血管移植物方面还存在多种挑战。一些模型因动脉凝血和狭窄问题而失败。同时，其他模型又不能用于心脏跳动时适应松紧需要。

冠状动脉的直径只有3到4毫米，所以它是一条非常细的动脉，且很容易被阻塞。问题是：医学界是否能用某种材料作为导管，而不会在动脉壁上凝结。另一种说法是，心脏还在不断扩张和收缩，人体心脏需要可随着心跳加速而能适应张弛的结构。因此他们想到了用胶原蛋白来织成这类替代物——混纺的胶原蛋白纱融入聚乳酸(PLA)构成这类替代物。

为了开发设计这类替代纤维材料，他们与多方合作，设计出一种由胶原制成的生物纱，再将胶原纤维与人造纤维结合，这样就具有生物相融性了。研究人员说，当纤维降解时，它会形成乳酸，直接在人体内溶解，因为人身体中的肌肉本身就在不断产生乳酸。研究人员还说，他们的模型被设计成一个临时支架，可在患者自身血管的细胞衬里再生。迄今为止，他们仍没有设计出“最终产品”的原型，但却正在投入能治愈这类疾病的纤维结构，并使用这种结构来发挥冠状动脉的作用。这类纤维最终在体内可降解并被吸收。

研究人员发现，通过将胶原蛋白纤维与人造PLA纱线融合，使其粘附在体内细胞支架上，其强度是人造纱线的10倍。试验还显示，粘附后的细胞生长量增加了3倍。此外，他们还发现它具有良好的抗爆裂强度和适应性，这些特性将使移植物能够随着每一次心跳而扩张和收缩，类似于健康的冠状动脉。

成功模拟冠状动脉的适应性是这项研究中最最重要的发现。此外，随着胶原纱组分的加入，内皮细胞在这种结构中生长得更快，这对内皮细胞的恢复非常重要。这一工作仍处于临床前阶段，尚未在活体动物中进行测试。他们仍需要改进原型，以克服额外的设计挑战，包括如何减少混合移植物的多孔性。然而，该团队认为，他们的发现表明，在设计人工冠状动脉移植物时，让生物材料和人造材料融合是可能的。他们正在研究预防血液渗漏的解决办法。通过这种材料的组合，他们能够平衡机械性和生物的反应，还能利用高速纺织机械制造原型移植物，这将促进未来的制造规模扩大并转化为商业诊所用途。

（据《美国纺织世界》https://www.textileworld.com/textile-world/features/2021/02/prototype-graft-designed-toreplace-damaged-heart-vessels-shows-promise-in-cell-study/近期资料）