紡織品醫學用途的創新
——人造紗與細胞的融合

文/侯海燕

美國北卡州立大學(NC State)的研究人員報告了一種有希望的臨床發現，即一種血管移植物被設計成一種替代受損或阻塞的冠狀動脈的原型，它可向心臟提供血液，而其中的用材卻是人造紗。這個創新與美國凱斯西儲大學（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人工移植材料的部分成員。

當患者心臟病發作時，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脈。最終，移植物被設計成一個支架，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，他們的設計將有助于推動該領域向前發展。研究人員在《材料科學與工程》雜志發文稱，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。他們發現，與單獨使用膠原蛋白材料的模型相比，這類設計顯示出更好的強度，并且與人類冠狀動脈相比更具有靈活性。此外，在對人類內皮質細胞的研究中，他們看到了移植物上細胞的生長和粘附性的增加，這表明它有助于冠狀動脈內襯的再生。

該研究的作者是馬丁·金（Martin King），他是美國威爾遜紡織學院的生物紡織和紡織技術教授。他說，這類紡織研究為冠狀動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械強度并符合醫學界的生物反應機制。

現行的患者冠狀動脈替代物原有一種“金標準”，如用腿部或乳腺動脈的靜脈來代替冠狀動脈，但有些病人沒有這類動脈可采。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。在設計這種可取代冠狀動脈的合成血管移植物方面還存在多種挑戰。一些模型因動脈凝血和狹窄問題而失敗。同時，其他模型又不能用于心臟跳動時適應松緊需要。

冠狀動脈的直徑只有3到4毫米，所以它是一條非常細的動脈，且很容易被阻塞。問題是：醫學界是否能用某種材料作為導管，而不會在動脈壁上凝結。另一種說法是，心臟還在不斷擴張和收縮，人體心臟需要可隨著心跳加速而能適應張弛的結構。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)構成這類替代物。

為了開發設計這類替代纖維材料，他們與多方合作，設計出一種由膠原制成的生物紗，再將膠原纖維與人造纖維結合，這樣就具有生物相融性了。研究人員說，當纖維降解時，它會形成乳酸，直接在人體內溶解，因為人身體中的肌肉本身就在不斷產生乳酸。研究人員還說，他們的模型被設計成一個臨時支架，可在患者自身血管的細胞襯里再生。迄今為止，他們仍沒有設計出“最終產品”的原型，但卻正在投入能治愈這類疾病的纖維結構，并使用這種結構來發揮冠狀動脈的作用。這類纖維最終在體內可降解并被吸收。

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

成功模擬冠狀動脈的適應性是這項研究中最最重要的發現。此外，隨著膠原紗組分的加入，內皮細胞在這種結構中生長得更快，這對內皮細胞的恢復非常重要。這一工作仍處于臨床前階段，尚未在活體動物中進行測試。他們仍需要改進原型，以克服額外的設計挑戰，包括如何減少混合移植物的多孔性。然而，該團隊認為，他們的發現表明，在設計人工冠狀動脈移植物時，讓生物材料和人造材料融合是可能的。他們正在研究預防血液滲漏的解決辦法。通過這種材料的組合，他們能夠平衡機械性和生物的反應，還能利用高速紡織機械制造原型移植物，這將促進未來的制造規模擴大并轉化為商業診所用途。

（據《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）