在小口径血管组织工程领域，如何赋予组织工程化血管（TEVGs）高效抗凝并诱导其快速内皮化仍是推动小口径TEVGs临床应用转化尚未解决的难题。近年来，合成聚合物类生物材料如聚乳酸-己内酯共聚物（PLCL）因其优异的力学顺应性和生物可降解性等优点，在小口径血管组织工程领域展现出巨大的临床应用前景。虽然PLCL具有的生物惰性可有效抑制血液蛋白吸附和血小板等的粘附，进而利于抑制血栓形成，但其生物活性位点的缺乏也阻碍了血管内皮层快速再生和基质重塑。采用活性分子功能修饰组织工程血管支架可显著加快血管内皮化的再生速率，但却不可避免地同时带来促进血小板粘附引起血栓的风险，造成鱼和熊掌不可兼得的困境。

启示于天然贻贝的粘附机理，近年来具广谱适用性和生物相容性的聚多巴胺（PDA）表面修饰技术已在组织工程领域得到广泛青睐，但在血管组织工程领域却同样面临血栓形成问题。这可归结于两点：1）PDA涂层本身具有促血小板粘附特性；2）PDA涂层表面粗糙度影响了支架的血液相容性等。为解决该问题，东华大学张彦中教授团队与上海市第九人民医院上海市组织工程重点实验室刘伟教授团队合作，选用特异性吸附纤溶酶原溶解血栓能力、含双氨基官能团的赖氨酸（Lys）作为小分子交联剂介导多巴胺聚合，在电纺PLCL取向纤维表面形成PDA-Lys功能性涂层，并研究了该PDA-Lys涂层抗血栓性能和促进组织工程化小口径血管内皮层快速再生的能力。最近，该相关研究成果以“Lysine-doped polydopamine coating enhances antithrombogenicity and endothelialization of an electrospun aligned fibrous vascular graft”为题发表在Elsevier旗下交叉学科期刊Applied Materials Today上（2021, 25, 101198）。简要内容总结如下：

1) PDA-Lys功能修饰PLCL取向纤维材料及理化性能

Lys可通过Schiff碱和Michael加成反应等促进多巴胺在纤维表面聚合沉积形成功能性的PDA-Lys涂层（图1A）。研究发现，在Lys促进PDA聚合过程中Schiff碱反应程度明显高于Michael加成反应程度。Lys引入后可显著降低PDA涂层表面粗糙度，但随着Lys含量的提高，纤维表面粗糙度又逐渐上升（图1B）。这主要归因于过量的Lys引入重新提高了涂层内部的非共价键数量。相比PDA涂层，PDA-Lys涂层可在不影响支架力学情况下增强其涂层结构稳定性、亲水性和蛋白吸附性能（图1C-E）。

图1.PDA-Lys功能修饰后纤维材料表面性能：A）PDA-Lys交联作用机理示意图；B）纤维整体形貌和单根纤维表面形貌；C-E）涂层稳定性、亲水性和蛋白吸附性能。

2) PDA-Lys功能修饰PLCL取向纤维材料的抗血栓性能

考虑到血液相容性、血凝成分（如血小板和血液相关蛋白等）和局部炎症等是影响血栓形成的重要因素，作者接着对与溶血和凝血相关的血液相容性、纤维蛋白原吸附和结构转变、血小板粘附和激活、巨噬细胞形貌和表型变化等进行分析。发现Lys引入后不仅能够有效提高PLCL纤维材料的血液相容性、在不影响纤维蛋白原吸附的情况下抑制其结构转变、抑制血小板粘附和激活，还能够诱导巨噬细胞向M2表型转变，表现出良好的抗血栓形成功效（图2）。

图2.PDA-Lys功能涂层抗血栓形成能力：A）影响血栓形成因素；B-E）血液相容性验证；F-I）血凝成分响应行为包括纤维蛋白原吸附和结构转变、血小板粘附和激活等；J-N）巨噬细胞RAW264.7响应情况包括巨噬细胞形貌和表型功能验证。

3) PDA-Lys功能修饰PLCL取向纤维材料的促血管内皮层再生能力

接着，作者继续考察PDA-Lys功能修饰PLCL纤维材料后对内皮细胞（ECs）功能表达的影响。发现Lys引入后不仅能够促进ECs粘附，还能通过增强细胞-基质间的相互作用和细胞-细胞间的相互作用促进内皮层致密结构的形成及其功能表达（图3）。

图3.PDA-Lys功能涂层对ECs功能表达的影响：A-D）ECs粘附、内皮层形成后应力纤维分布及细胞增殖情况；E-G）ECs迁移形貌、迁移速率和定向迁移各向异性系数等；H-N）ECs功能表达情况；O）PDA-Lys功能涂层促进ECs功能表达的作用机理。

4) 体内验证PDA-Lys修饰的PLCL取向纤维基小口径血管的再生功效

选用兔颈动脉为血管缺损模型，将直径为2 mm的小口径血管支架植入1月后发现纯PLCL对照组和PDA功能修饰的PLCL组均发生血管堵塞。从组织学染色和免疫荧光结果分析，可推断为PLCL对照组主要因内膜增生引起血管堵塞，而PDA组因血栓形成堵塞血管。相反，实验组却形成明显的取向细胞层，经免疫荧光染色可见明显的内皮层和平滑基层形成，表现出较好的血管重塑现象（图4）。针对该实验组，作者继续观察了2-3月后，发现该支架内腔表面再生内皮层不断趋于完善，通过分析平滑肌细胞收缩型晚期标志物和早期标志物的比值，发现平滑肌层也逐渐趋向成熟，趋近于天然血管组织（图5）。所有结果均表明，Lys介导的PDA涂层功能修饰PLCL取向纤维基小口径血管支架表现出正面的诱导血管重塑能力。

图4.兔颈动脉体内植入1月后的小口径血管支架内皮层再生情况：A）PDA-0.5Lys@PLCL内腔内皮化情况；B）CD31和α-SMA免疫荧光染色情况；C）H&E，Verhoeff-Van染色，Masson染色和Safranin O染色等；D）Laminin、I型胶原和iNOS免疫荧光染色。

图5.PDA-0.5Lys@PLCL植入兔颈动脉2-3月后血管重塑情况：A）血管通畅性；B）CD31、α-SMA和SM-MHC免疫荧光染色结果；C-E）从B图中分析血管内皮层再生、平滑肌层再生和成熟情况。

总之，该研究证实Lys介导的PDA涂层修饰方法可在抗血栓形成的基础上有效诱导血管内皮层再生。这不仅为改善PLCL纤维基小口径血管支架的通畅率提供了一种方便快捷且功能有效的策略，也可为与血液接触的其他合成聚合物的功能修饰方法提供借鉴参考。

东华大学博士毕业生易兵成和潍坊医学院硕士生于磊为论文共同第一作者，东华大学张彦中教授、上海市第九人民医院刘伟教授和王文波博士是论文共同通讯作者。该项目得到国家重点研发计划、中央高校基本科研业务费专项资金、中国博士后科学基金和国家自然科学基金委面上项目等资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.apmt.2021.101198

来源：高分子科学前沿

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