生物3D打印組織中血管分支形成的調(diào)控機制及關(guān)鍵問題解答

瀏覽次數(shù)：45　發(fā)布日期：2025-8-1　來源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負

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械控制實現(xiàn)的復(fù)雜過程。

詳細總結(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)。現(xiàn)有技術(shù)難以精準調(diào)控血管分支形成，機械刺激被認為是潛在調(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

類別	具體內(nèi)容
細胞培養(yǎng)	- 細胞類型：人臍靜脈內(nèi)皮細胞（HUVECs）、人正常真皮成纖維細胞（HNDFs） - 培養(yǎng)條件：HUVECs 用 EGM-2 培養(yǎng)基，HNDFs 用 DMEM 培養(yǎng)基，均為 3-8 代 - 混合比例：HUVECs:HNDFs=4:1，濃度 5×10⁶ cells/ml，溶于纖維蛋白支架
3D 生物打印	- 設(shè)備：BIO X 3D 打印機（Cellink） - 材料：PCL（加熱噴頭）、明膠和纖維蛋白 - 細胞支架（冷卻噴頭） - 參數(shù)：23G 噴嘴，路徑寬 0.35mm、高 0.25mm，速度 100mm・s⁻¹
實驗分組	- 對照組：無 PCL 框架 - L6 組：PCL 框架長度 6mm，細胞 - 纖維蛋白條帶寬 7.2mm、長 6mm - L10 組：PCL 框架長度 10mm，細胞 - 纖維蛋白條帶寬 7.2mm、長 10mm - verteporfin 組：0.5μM YAP 抑制劑處理
檢測方法	- 免疫組織化學(xué)：CD31、VE - 鈣粘蛋白、YAP 等染色，共聚焦顯微鏡觀察 - 掃描電鏡（SEM）：觀察組織微觀結(jié)構(gòu) - qPCR：檢測 YAP 下游基因 CYR61 表達 - 動物實驗：裸鼠皮下移植，檢測血管灌注功能

3. 實驗結(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（圖 2e）。
- L10 組（10mm 框架）：血管接近線性排列，分支少或無（圖 2c、2e）。
- 對照組：血管分支無規(guī)律，長度和分支數(shù)顯著低于 L6 組（圖 2d、2e）。
限制力測量：
- 采用彈簧常數(shù) 51.7μN/μm 的微彈簧裝置，L6 組限制力約 2.4mN，L10 組約 4.3mN（圖 9c）。
YAP 的調(diào)控作用：
- YAP 下游基因 CYR61 在 L6 組 6h 時表達高于對照組，verteporfin 處理后顯著降低（圖 5e）。
- verteporfin 組血管分支數(shù)顯著多于未處理組，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 組組織厚度顯著大于對照組，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 組細胞排列更緊密，接近正常真皮結(jié)構(gòu)，L10 組細胞沿力方向排列（圖 8）。
動物實驗：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胞和 FITC - 葡聚糖（圖 S1）。

4. 討論

機械力通過影響細胞骨架（如 F-actin）調(diào)控血管形成，框架大小決定力分布，進而影響分支數(shù)量。
YAP 作為機械信號轉(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)性能需改進以滿足臨床需求，力的大小與分支數(shù)量的關(guān)系需進一步研究。

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，進而控制血管分支形成。
YAP參與血管分支的調(diào)控過程。
細胞 - 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），將細胞 - 纖維蛋白條帶固定于框架中，利用細胞收縮與框架抵抗產(chǎn)生的限制力，實現(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表達高于對照組；使用 YAP 抑制劑（verteporfin）后，CYR61 表達降低，血管分支數(shù)顯著增加，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)機械信號，影響下游基因表達，進而調(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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