紡織品醫(yī)學(xué)用途的創(chuàng)新
——人造紗與細(xì)胞的融合

文/侯海燕

美國北卡州立大學(xué)(NC State)的研究人員報(bào)告了一種有希望的臨床發(fā)現(xiàn)，即一種血管移植物被設(shè)計(jì)成一種替代受損或阻塞的冠狀動(dòng)脈的原型，它可向心臟提供血液，而其中的用材卻是人造紗。這個(gè)創(chuàng)新與美國凱斯西儲(chǔ)大學(xué)（Case Western Reserve University）研究人員的合作是分不開的，他們也因此成為開發(fā)人工移植材料的部分成員。

當(dāng)患者心臟病發(fā)作時(shí)，患者的血管可能無法工作，即需要用其他可能的類似移植物替代受損或阻塞的冠狀動(dòng)脈。最終，移植物被設(shè)計(jì)成一個(gè)支架，以幫助患者血管再生。

這一研究雖然還處于早期階段，但研究人員表示，他們的設(shè)計(jì)將有助于推動(dòng)該領(lǐng)域向前發(fā)展。研究人員在《材料科學(xué)與工程》雜志發(fā)文稱，他們通過人造紗線編織膠原蛋白材料來制造血管移植物的原型成為可能。他們發(fā)現(xiàn)，與單獨(dú)使用膠原蛋白材料的模型相比，這類設(shè)計(jì)顯示出更好的強(qiáng)度，并且與人類冠狀動(dòng)脈相比更具有靈活性。此外，在對(duì)人類內(nèi)皮質(zhì)細(xì)胞的研究中，他們看到了移植物上細(xì)胞的生長和粘附性的增加，這表明它有助于冠狀動(dòng)脈內(nèi)襯的再生。

該研究的作者是馬丁·金（Martin King），他是美國威爾遜紡織學(xué)院的生物紡織和紡織技術(shù)教授。他說，這類紡織研究為冠狀動(dòng)脈置換移植物研究提供了新方向，即用膠原蛋白作為紗線是一種非常新穎的方式。他們不僅依賴這種材料，而且還可將這些材料混合，并表明這兩種纖維均可提供機(jī)械強(qiáng)度并符合醫(yī)學(xué)界的生物反應(yīng)機(jī)制。

現(xiàn)行的患者冠狀動(dòng)脈替代物原有一種“金標(biāo)準(zhǔn)”，如用腿部或乳腺動(dòng)脈的靜脈來代替冠狀動(dòng)脈，但有些病人沒有這類動(dòng)脈可采。因此，有必要為這類患者找到替代的解決方案。這就是為什么他們希望采用工程工藝，將膠原蛋白編織成血管作為移植替代物。在設(shè)計(jì)這種可取代冠狀動(dòng)脈的合成血管移植物方面還存在多種挑戰(zhàn)。一些模型因動(dòng)脈凝血和狹窄問題而失敗。同時(shí)，其他模型又不能用于心臟跳動(dòng)時(shí)適應(yīng)松緊需要。

冠狀動(dòng)脈的直徑只有3到4毫米，所以它是一條非常細(xì)的動(dòng)脈，且很容易被阻塞。問題是：醫(yī)學(xué)界是否能用某種材料作為導(dǎo)管，而不會(huì)在動(dòng)脈壁上凝結(jié)。另一種說法是，心臟還在不斷擴(kuò)張和收縮，人體心臟需要可隨著心跳加速而能適應(yīng)張弛的結(jié)構(gòu)。因此他們想到了用膠原蛋白來織成這類替代物——混紡的膠原蛋白紗融入聚乳酸(PLA)構(gòu)成這類替代物。

為了開發(fā)設(shè)計(jì)這類替代纖維材料，他們與多方合作，設(shè)計(jì)出一種由膠原制成的生物紗，再將膠原纖維與人造纖維結(jié)合，這樣就具有生物相融性了。研究人員說，當(dāng)纖維降解時(shí)，它會(huì)形成乳酸，直接在人體內(nèi)溶解，因?yàn)槿松眢w中的肌肉本身就在不斷產(chǎn)生乳酸。研究人員還說，他們的模型被設(shè)計(jì)成一個(gè)臨時(shí)支架，可在患者自身血管的細(xì)胞襯里再生。迄今為止，他們?nèi)詻]有設(shè)計(jì)出“最終產(chǎn)品”的原型，但卻正在投入能治愈這類疾病的纖維結(jié)構(gòu)，并使用這種結(jié)構(gòu)來發(fā)揮冠狀動(dòng)脈的作用。這類纖維最終在體內(nèi)可降解并被吸收。

研究人員發(fā)現(xiàn)，通過將膠原蛋白纖維與人造PLA紗線融合，使其粘附在體內(nèi)細(xì)胞支架上，其強(qiáng)度是人造紗線的10倍。試驗(yàn)還顯示，粘附后的細(xì)胞生長量增加了3倍。此外，他們還發(fā)現(xiàn)它具有良好的抗爆裂強(qiáng)度和適應(yīng)性，這些特性將使移植物能夠隨著每一次心跳而擴(kuò)張和收縮，類似于健康的冠狀動(dòng)脈。

成功模擬冠狀動(dòng)脈的適應(yīng)性是這項(xiàng)研究中最最重要的發(fā)現(xiàn)。此外，隨著膠原紗組分的加入，內(nèi)皮細(xì)胞在這種結(jié)構(gòu)中生長得更快，這對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的恢復(fù)非常重要。這一工作仍處于臨床前階段，尚未在活體動(dòng)物中進(jìn)行測(cè)試。他們?nèi)孕枰倪M(jìn)原型，以克服額外的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，包括如何減少混合移植物的多孔性。然而，該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，他們的發(fā)現(xiàn)表明，在設(shè)計(jì)人工冠狀動(dòng)脈移植物時(shí)，讓生物材料和人造材料融合是可能的。他們正在研究預(yù)防血液滲漏的解決辦法。通過這種材料的組合，他們能夠平衡機(jī)械性和生物的反應(yīng)，還能利用高速紡織機(jī)械制造原型移植物，這將促進(jìn)未來的制造規(guī)模擴(kuò)大并轉(zhuǎn)化為商業(yè)診所用途。

（據(jù)《美國紡織世界》https://www.textileworld.com/textile-world/features/2021/02/prototype-graft-designed-toreplace-damaged-heart-vessels-shows-promise-in-cell-study/近期資料）