發布時間：2025-08-12
近日，中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院巫林平研究員和南方醫科大學珠江醫院趙明主任醫師團隊聯合在Advanced Healthcare Materials雜志在線發表標題為“Microscopically Adaptable Bioink Guide Cell Compartmentalization toward Morphogenesis of a Functional Vasculature-Like System”的研究論文。該研究采用動態共價交聯與光引發共價交聯正交設計制備了模擬細胞外基質 (ECM) 微觀適應性和宏觀穩定性的雙交聯3D打印生物墨水，其打印形成的動態交聯網絡為細胞提供適應性微環境，從而促進血管內皮細胞與血管平滑肌細胞自發形成具有仿生雙層結構的血管網絡，該血管網絡具備體外收縮以及體內快速重建血運的功能。該研究為血管化組織工程提供了新的生物制造策略。
血管化是目前限制大尺寸組織工程支架構建的關鍵問題。盡管近年來人工血管/血管網絡的生物制造技術獲得了巨大的發展，但構建具備仿生結構以及收縮功能的血管網絡一直是領域重大挑戰。為解決上述問題，研究團隊開發了一種具有動態共價交聯網絡的仿ECM生物墨水，通過模擬ECM的適應性微環境和結構組分，引導血管內皮細胞和血管平滑肌細胞自發排列形成具有仿生雙層結構的血管網絡。
通過蛋白質組學技術，研究團隊進一步發現功能化血管網絡中缺氧誘導因子-1 (HIF-1)信號通路和糖酵解/糖異生通路相關的蛋白顯著上調，表明血管內皮細胞與血管平滑肌細胞能夠有效相互作用，促進糖酵解和三磷酸腺苷（ATP）含量的增加，并通過細胞骨架重塑和細胞遷移促進血管結構的形成。同時功能化血管網絡中與細胞粘附、肌動蛋白細胞骨架形成以及焦點粘附相關的蛋白顯著上調，提示粘附斑激酶（FAK）信號通路參與了血管結構的形成，并通過調節細胞粘附和細胞骨架重塑，將機械刺激轉化為細胞代謝信號，促進糖酵解和血管結構的形成。
此外，研究團隊發現功能化血管網絡在體外可響應血管緊張素呈現收縮反應。在植入后肢缺血模型小鼠后，功能化血管網絡可快速改善缺血側后肢的血流灌注，防止周圍組織壞死并促進肢體的功能恢復。研究團隊以此為基礎制備了血管化皮膚支架，植入后功能化血管網絡可通過快速重建損傷部位血運，有效支持支架中人源真皮成纖維細胞的存活和功能，從而顯著提高了大尺寸全層傷口的愈合速度。
廣州健康院巫林平研究員和南方醫科大學珠江醫院趙明主任醫師為該論文的共同通訊作者，南方醫科大學珠江醫院博士后陳珺（現為廣州健康院副研究員）與廣州健康院實習研究員吳玉瓊為共同第一作者。研究項目得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、廣州市科技重點研發項目、廣州市科技計劃、廣東省重大人才工程項目等經費的支持。
圖1 利用雙交聯生物墨水打印的3D材料能夠引導細胞自組裝形成功能化血管網絡
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