人工血管使用寿命、人工血管的应用
《中国心血管健康与疾病报告2021》显示，我国心血管疾病发病率和死亡率仍高居榜首，且逐年上升，成为重大公共卫生问题。血管旁路移植术是目前治疗冠心病和周围血管疾病的重要手段。但由于小于6毫米的人造血管再狭窄发生率较高，目前尚未有产品成功应用于临床。南开大学生命科学学院、药物化学生物学国家重点实验室赵强教授课题组与浙江大学医学院附属第一医院徐清波教授课题组合作开发了一种具有仿生天然血管功能的新型生物复合人工血管。它在体内缓慢释放一氧化氮，促进血管组织再生并抑制血管钙化，显着提高血管的长期通畅性，有效解决小直径人造血管的再狭窄问题，具有广泛的临床应用前景前景。相关研究论文近期发表在国际学术期刊《细胞报告》上。小直径人造血管的长期通畅率已成为瓶颈。据介绍，临床进行冠状动脉搭桥手术时，所用的移植血管大多取自患者自身，包括桡动脉、乳内动脉、大隐静脉等。自体血管因其长期通畅率高而成为临床治疗的“金标准”。但自身血管来源有限，容易造成继发性创伤。因此，迫切需要开发能够替代自身血管的人造血管。理想的人造血管必须具有良好的生物相容性和力学性能、体内抗凝性能以及良好的长期通畅性。人造血管的设计和建造涉及材料工程、生物工程、医学等多个学科。目前，人造血管按血管直径可分为大直径（直径大于6毫米）和小直径（直径小于6毫米）血管。其中大口径血管采用不可降解的合成材料（如膨体聚四氟乙烯、聚酯等）制成，主要用于大血管置换手术，并取得了满意的效果。多个产品已在国内外成功应用于临床。小直径人造血管也有广泛的临床应用。据介绍，目前我国冠心病患者超过1100万，下肢动脉疾病患者超过4500万。相当一部分患者需要血管置换（搭桥）治疗，小口径人造血管需求巨大。此外，我国目前有超过69万血液透析患者。人工血管用于为终末期肾病患者建立血液透析通路，对于延长患者生存期发挥着重要作用。但目前尚无小口径人造血管成功应用于临床。公开资料显示，全球范围内只有两种小直径人造血管进入临床试验阶段。 “由于材料本身的血液相容性较差，当它与血液接触时，会引起不同程度的凝血和血栓，造成血管闭塞。”赵强解释说，此外，这些合成材料无法支持内皮细胞的粘附和生长，人造血管植入体内后无法实现内皮化，导致血管再狭窄，小血管无法长期通畅。人造血管的直径无法保证。因此，小直径人造血管一直是心血管植入及介入器械领域最具挑战性的研究方向之一，也是制约我国创新医疗器械发展的关键问题之一。可释放一氧化氮的新型生物复合人造血管。目前人工血管的研究方向主要包括血管材料的创新研究和血管再生机制的研究。其中，血管材料的研究包括：新材料的开发与应用、3D打印等新型血管制备技术、材料表面的功能改性等；血管再生机制的研究包括：研究参与血管组织再生的细胞来源、内源性血管干细胞对组织再生的贡献以及如何通过调节免疫反应来诱导组织再生。
为了突破小直径人造血管的瓶颈，赵强研究团队将血管再生机制的研究与新型血管材料的设计开发有机结合起来，形成了全链条的研究。 “目前正在研发的小口径人造血管主要有两类，一类是生物型，即经过脱细胞化处理的人（动物）源性血管；另一类是由可降解高分子材料制备的人造血管。 ”赵强表示，“特别是近年来，源自动物（猪）的天然血管因其来源广泛、尺寸与人体血管相似而受到广泛关注。它们可以进行脱细胞化，消除免疫原性，保留良好的细胞外基质成分和“因此在材料设计和制备方面，研究团队创新地将天然细胞外基质材料与合成高分子材料相结合，制备出复合人工血管。 “这种新型人造血管具有双层结构，内层为脱细胞猪隐静脉，可以提供良好的生物相容性和再生活性；外层采用赵强课题组此前开发的硝酸盐功能材料。起到机械支撑作用，复合血管的机械强度可以达到或接近天然动脉的水平。”赵强说。更重要的是，硝酸盐功能材料可以在体内环境中通过多步反应转化为一氧化氮。 “一氧化氮作为心血管系统重要的信号分子，可以在抗凝和抑制内膜增生方面发挥重要作用，是减少人造血管再狭窄的关键因素。”赵强介绍，实验发现，在小鼠和家兔模型中，新型复合人工血管局部释放的一氧化氮，有效改善血管组织再生，促进内皮形成，抑制内膜增生、血管钙化等病理性血管重塑，并显着改善血管内皮细胞的再生能力。提高了血管的长期通畅率。研究团队进一步利用遗传谱系追踪等技术，系统考察并阐明一氧化氮在调节血管干/祖细胞命运、改善血管组织再生中的关键作用和调节机制。不仅为新一代小直径人造血管的设计和制备提出了新的思路，而且丰富和发展了组织诱导心血管生物材料的相关理论。新型人造血管具有广阔的应用前景。 “未来，小直径人造血管需要突破体内再生瓶颈，实现血管完全内皮化，从而从根本上解决血管再狭窄问题。”赵强介绍，开发可用于人体心脏搭桥的人造血管是该领域研究人员的最终目标。接受搭桥手术的患者往往患有动脉粥样硬化和糖尿病等慢性疾病，这使得组织再生，特别是内皮形成更加困难。此外，再生的内皮会经历重塑，甚至在病理条件下可能退化。一氧化氮等重要气体信号分子对于调节血管稳态、抑制病理性血管重塑具有重要意义。研究团队此次提出的通过重要气体信号分子（如一氧化氮）的缓慢释放来提高人造血管的长期通畅性的研究思路也适用于其他心血管材料的开发，尤其是血液接触材料。通过仿生材料设计调控内源干细胞定向迁移和分化诱导血管原位再生的思路对于其他组织的修复和再生也具有重要的参考意义。该技术的成功转化将有效推动小直径人造血管的大规模临床应用。 “我们研发的这种新型生物复合人工血管具有广阔的应用前景，我们努力推动其临床应用，为提高人民健康水平、推动健康中国建设做出贡献。”赵强说。
