生物3D打印組織中血管分支形成的調(diào)控機(jī)制

來源：發(fā)布時間：2025-08-01

本研究通過3D生物打印技術(shù)構(gòu)建預(yù)血管化組織，發(fā)現(xiàn)改變聚己內(nèi)酯（PCL）框架大小可產(chǎn)生不同限制力，進(jìn)而調(diào)控血管分支形成；其中Yes 相關(guān)蛋白（YAP）參與該調(diào)控過程，且細(xì)胞 - 纖維蛋白條帶寬度、力的大小與血管分支數(shù)量存在密切關(guān)聯(lián)，表明工程化皮膚組織的血管化是可通過精確機(jī)械控制實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜過程。

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詳細(xì)總結(jié)：

1. 研究背景與目的·

背景：血管網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量是皮膚移植成功的關(guān)鍵，組織工程皮膚因血管化不足易出現(xiàn)缺血壞死，而預(yù)血管化是建立高質(zhì)量血管網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)?，F(xiàn)有技術(shù)難以精細(xì)調(diào)控血管分支形成，機(jī)械刺激被認(rèn)為是潛在調(diào)控手段。

· 目的：利用 3D 生物打印技術(shù)，通過改變框架產(chǎn)生的限制力，調(diào)控血管分支形成，建立可控血管分支的組織模型。

2. 材料與方法

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3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果·

血管分支與 PCL 框架的關(guān)系：

· L6 組（6mm 框架）：血管呈弧形排列，分支數(shù)量多。

· L10 組（10mm 框架）：血管接近線性排列，分支少或無。

· 對照組：血管分支無規(guī)律，長度和分支數(shù)***低于 L6 組。

· 限制力測量：

· 采用彈簧常數(shù) 51.7μN(yùn)/μm 的微彈簧裝置，L6 組限制力約 2.4mN，L10 組約 4.3mN。

· YAP 的調(diào)控作用：

· YAP 下游基因 CYR61 在 L6 組 6h 時表達(dá)高于對照組，verteporfin 處理后***降低。

· verteporfin 組血管分支數(shù)***多于未處理組，F(xiàn)-actin 排列與限制力方向不一致（圖 5c、5d）。

· 組織特性：

· H&E 染色：L6 組組織厚度***大于對照組，隨 PCL 框架增大，厚度增加（圖 6a）。

· Masson 染色：L6 組膠原成熟度優(yōu)于對照組，框架越大膠原越成熟（圖 6b）。

· SEM：L6 和 L10 組細(xì)胞排列更緊密，接近正常真皮結(jié)構(gòu)，L10 組細(xì)胞沿力方向排列（圖 8）。

· 動物實(shí)驗(yàn)：移植 10 天后，新生血管有灌注功能，人源 ECs 形成的管腔中檢測到紅細(xì)胞和 FITC - 葡聚糖（圖 S1）。

4. 討論·

機(jī)械力通過影響細(xì)胞骨架（如 F-actin）調(diào)控血管形成，框架大小決定力分布，進(jìn)而影響分支數(shù)量。

· YAP 作為機(jī)械信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，通過下游基因參與血管分支調(diào)控，與 F-actin 活性相關(guān)。

· 本模型為 3D 打印血管化組織提供新方法，但組織力學(xué)性能需改進(jìn)以滿足臨床需求，力的大小與分支數(shù)量的關(guān)系需進(jìn)一步研究。

5. 結(jié)論·

通過改變 3D 生物打印的PCL 框架大小可調(diào)控限制力，進(jìn)而控制血管分支形成。

· YAP參與血管分支的調(diào)控過程。

· 細(xì)胞 - 纖維蛋白條帶寬度、限制力大小與血管分支數(shù)量存在密切關(guān)聯(lián)，該技術(shù)為構(gòu)建可控血管網(wǎng)絡(luò)的組織工程產(chǎn)品奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵問題

問題：本研究中如何通過 3D 生物打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)對血管分支形成的調(diào)控？

答案：研究通過改變聚己內(nèi)酯（PCL）框架的大小產(chǎn)生不同的限制力（框架越小，力分布呈弧形，分支多；框架越大，力越大，血管越接近線性，分支少），將細(xì)胞 - 纖維蛋白條帶固定于框架中，利用細(xì)胞收縮與框架抵抗產(chǎn)生的限制力，實(shí)現(xiàn)對血管分支形成的調(diào)控，無需額外設(shè)備。

問題：Yes 相關(guān)蛋白（YAP）在血管分支形成調(diào)控中扮演什么角色？

答案：YAP 參與血管分支形成的調(diào)控：L6 組 YAP 下游靶基因CYR61表達(dá)高于對照組；使用 YAP 抑制劑（verteporfin）后，CYR61 表達(dá)降低，血管分支數(shù)***增加，F(xiàn)-actin 和血管生長方向與限制力方向不一致，表明 YAP 通過轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)械信號，影響下游基因表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控血管分支形成。

問題：本研究構(gòu)建的預(yù)血管化組織在臨床應(yīng)用中有何潛力與挑戰(zhàn)？

答案：潛力在于可通過精確機(jī)械控制構(gòu)建具有高質(zhì)量血管網(wǎng)絡(luò)的組織工程皮膚，移植后能快速與宿主血管吻合，提高移植存活率，且可用于血管相關(guān)藥物研發(fā)。挑戰(zhàn)在于當(dāng)前組織機(jī)械性能不足，難以直接應(yīng)用于臨床；此外，力的大小與血管分支數(shù)量的具體量化關(guān)系仍需深入研究，以優(yōu)化組織構(gòu)建參數(shù)。

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