组织工程血管内腔表面拓扑结构的程序化转变介导促内皮化的研究

Tissue-engineered vascular grafts (TEVGs) hold great promise in the treatment of cardiovascular diseases. However, existing TEVGs normally show static properties that cannot meet the requirements for the differential modulations on vascular endothelial cell (VEC) behaviors and functions at the different stages of endothelialization by the dynamic cell microenvironments, which therefore confront great challenge in rapid endothelialization. It has been proven that the surface topography of biomaterials significantly affects cell geometry, which subsequently regulates cell behaviors and functions via cytoskeleton-mediating biomechanical cues. On basis of that, the current research project proposes new TEVGs made of shape-memory polymers and photothermal agents that enables programmed transition in the lumen surface topography triggered by the near infrared light and will investigate the modulating effects of such programmed transition in the surface topography on the VEC behaviors and functions as well as the mediating effects of the differential inducements of VEC behaviors and functions on the endothelialization. This project aims to direct VECs to behave specific functions at the different stages of endothelialization by controlling the programmed transition in the lumen surface topography of TEVGs and finally to facilitate the rapid endothelialization. The success of the proposed research will bring significant impacts in deepening the understanding of the endothelialization principle and promoting the development of TEVGs enabling rapid endothelialization.

组织工程血管在治疗心血管疾病方面潜力巨大。然而，现有组织工程血管多只具备静态性能，无法满足内皮化所需的由动态细胞微环境分阶段、差异化引导血管内皮细胞行为、功能的要求，尚面临快速内皮化的挑战。材料表面拓扑结构可显著影响细胞形态，并通过细胞骨架蛋白介导的生物力学信号调控其行为、功能。因此，构筑材料动态表面拓扑结构有望实现对细胞行为、功能的差异化调控。基于此，本项目拟利用形状记忆聚合物和光热材料，构建可由近红外光触发内腔表面拓扑结构程序化转变的组织工程血管；研究表面拓扑结构程序化转变对血管内皮细胞行为功能的调控作用和机制；并研究分阶段、差异化引导血管内皮细胞行为、功能对于促内皮化的介导作用。本项目旨在通过控制组织工程血管内腔表面拓扑结构的程序化转变，引导血管内皮细胞在内皮化不同阶段表现出特定的行为、功能，从而促进内皮化，在加深内皮化机制认识、推动可快速内皮化的组织工程血管研发等方面有着重要意义。

组织工程血管在治疗心血管疾病方面潜力巨大。然而，现有组织工程血管多只具备静态性能，无法满足内皮化所需的由动态细胞微环境分阶段、差异化引导血管内皮细胞行为、功能的要求，尚面临快速内皮化的挑战。材料表面拓扑结构可显著影响细胞形态，并通过细胞骨架蛋白介导的生物力学信号调控其行为、功能。因此，构筑材料动态表面拓扑结构有望实现对细胞行为、功能的差异化调控。基于此，本项目利用形状记忆聚合物和光热材料，成功构建了可由近红外光触发内腔表面拓扑结构程序化转变的组织工程血管；并揭示了表面拓扑结构程序化转变对血管内皮细胞行为功能的调控作用和机制，以及分阶段、差异化引导血管内皮细胞行为、功能对于促内皮化的介导作用。本项目所研发的组织工程血管新材料通过控制组织工程血管内腔表面拓扑结构的程序化转变，可在内皮化不同阶段有序引导血管内皮细胞迁移、黏附、铺展等行为功能，为解决组织工程血管内皮化的难题提供了有效新策略。通过本项目研究，得以加深对内皮化机制的认识，这对于推动具有植入后长期安全性和有效性前景的组织工程血管研发和临床转化具有重要意义。本项目的相关研究成果，以项目负责人为第一/通讯作者（含共同），在National Science Review、Acta Biomaterialia、ACS Applied Materials & Interfaces、Small、Colloid and Surfaces B: Biointerfaces、Lab on a Chip、Advanced Intelligent Systems、Smart Materials in Medicine、Nano LIFE等生物材料领域高水平期刊上发表论文10篇，其中中科院Top期刊论文6篇；围绕本项目研发的程控血管组织工程新材料以及相关生物技术和衍生应用，申请国家发明专利5项，已获授权2项。鉴于在本项目支持下开展的血管组织工程特色研究，项目负责人还受邀撰写Elesevier出版的学术专著一章；受邀担任了SCI期刊Electronics和Frontiers in Materials的编委以及JoVE、Nano LIFE等多个期刊特刊的客座主编。依托本项目的支持，项目负责人晋升为副研究员，入选“中国科学院青年创新促进会”会员，并获评Nanoscale期刊 “2023 Emerging Investigator”。

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