生物3D打印組織中血管分支形成的調控機制

來源：發布時間：2025-08-01

本研究通過3D生物打印技術構建預血管化組織，發現改變聚己內酯（PCL）框架大小可產生不同限制力，進而調控血管分支形成；其中Yes 相關蛋白（YAP）參與該調控過程，且細胞 - 纖維蛋白條帶寬度、力的大小與血管分支數量存在密切關聯，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的復雜過程。

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詳細總結：

1. 研究背景與目的·

背景：血管網絡質量是皮膚移植成功的關鍵，組織工程皮膚因血管化不足易出現缺血壞死，而預血管化是建立高質量血管網絡的基礎。現有技術難以精細調控血管分支形成，機械刺激被認為是潛在調控手段。

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

2. 材料與方法

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3. 實驗結果·

血管分支與 PCL 框架的關系：

· L6 組（6mm 框架）：血管呈弧形排列，分支數量多。

· L10 組（10mm 框架）：血管接近線性排列，分支少或無。

· 對照組：血管分支無規律，長度和分支數***低于 L6 組。

· 限制力測量：

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

· YAP 的調控作用：

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

· verteporfin 組血管分支數***多于未處理組，F-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，接近正常真皮結構，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）調控血管形成，框架大小決定力分布，進而影響分支數量。

· YAP 作為機械信號轉導分子，通過下游基因參與血管分支調控，與 F-actin 活性相關。

· 本模型為 3D 打印血管化組織提供新方法，但組織力學性能需改進以滿足臨床需求，力的大小與分支數量的關系需進一步研究。

5. 結論·

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

· YAP參與血管分支的調控過程。

· 細胞 - 纖維蛋白條帶寬度、限制力大小與血管分支數量存在密切關聯，該技術為構建可控血管網絡的組織工程產品奠定基礎。

關鍵問題

問題：本研究中如何通過 3D 生物打印技術實現對血管分支形成的調控？

答案：研究通過改變聚己內酯（PCL）框架的大小產生不同的限制力（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生的限制力，實現對血管分支形成的調控，無需額外設備。

問題：Yes 相關蛋白（YAP）在血管分支形成調控中扮演什么角色？

答案：YAP 參與血管分支形成的調控：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***增加，F-actin 和血管生長方向與限制力方向不一致，表明 YAP 通過轉導機械信號，影響下游基因表達，進而調控血管分支形成。

問題：本研究構建的預血管化組織在臨床應用中有何潛力與挑戰？

答案：潛力在于可通過精確機械控制構建具有高質量血管網絡的組織工程皮膚，移植后能快速與宿主血管吻合，提高移植存活率，且可用于血管相關藥物研發。挑戰在于當前組織機械性能不足，難以直接應用于臨床；此外，力的大小與血管分支數量的具體量化關系仍需深入研究，以優化組織構建參數。

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