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(guó)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(guó)凱斯西儲(chǔ)大學(xué)（Case Western Reserve University）研究人員的合作是分不開(kāi)的，他們也因此成為開(kāi)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(wú)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(guò)人造紗線編織膠原蛋白材料來(lái)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(zhǎng)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(guó)威爾遜紡織學(xué)院的生物紡織和紡織技術(shù)教授。他說(shuō)，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(lái)代替冠狀動(dòng)脈，但有些病人沒(méi)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(wèn)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(wèn)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(shuō)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(lái)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(kāi)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(shuō)，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(shuō)，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](méi)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(lái)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(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)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(lái)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(guó)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）