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打造6毫米直径的“生命通路”

时间:2022-08-30 10:12:20 编辑:王政淇 来源:中国青年报

天津大学化工学院2020级博士生李双阳正在备置“体内精准可视化小口径人工血管”。受访者供图

将水凝胶预聚体缓缓注入小口径人工血管模具中,用手轻轻握住模具,短短10分钟,一段6厘米长、直径仅6毫米的人造血管就诞生了。经测试,其强度和柔韧性等都可与天然血管媲美。这是第八届“创青春”中国青年创新创业大赛决赛现场的精彩一幕。

“体内精准可视化小口径人工血管”由天津大学化工学院董岸杰教授团队的2020级博士生李双阳研发,目前这款双层结构水凝胶人造血管已进入大动物实验阶段,这意味着,这款直径不足6毫米的“生命通路”离走出实验室、走到患者身边越来越近了。

据国家心血管病中心日前发布的《中国心血管健康与疾病报告2021》显示,每5例死亡中就有两例死于心血管病。血管移植和血管重建修复是心血管疾病的主要或辅助治疗手段。对人造血管研究的关注,来自李双阳的真实经历。当时他正在读研究生,假期回家时听说邻居准备做心脏搭桥手术,可当医生想截取其大腿部的大隐静脉血管用于搭桥时发现,患者有严重的静脉曲张,其血管无法取用。这时李双阳才知道,心脏搭桥需要的是6毫米以下直径的小口径血管,可目前在全球范围内还找不到一款理想的小口径人造血管产品。

“从目前来看,自体血管依然是受损血管的理想替代品,但是它存在局限性。”李双阳说,首先自体血管的来源有限,需要从患者自身截取一段健康的血管,这必然会对患者产生二次创伤,还可能产生并发症。还有很多患者无法从自身找到理想的血管用于移植。长期以来,如何制得符合临床要求的人造血管一直是全球科研人员研究的热点。

读博期间,李双阳在导师董岸杰教授的指导下,结合自己对生物医药的兴趣,选择抗凝血涂层作为研究方向。李双阳团队研究了目前常用的几类人造血管材料,发现现有材料都存在一些局限性。涤纶血管已经被广泛应用于大口径血管的置换手术中,可一旦用于小口径血管,术后短期易形成血栓;聚四氟乙烯材料具有良好的抗血栓形成能力,但质地较硬,手术缝合难,血管通畅性较低;聚氨酯材料弹性好,也抗血栓形成,但又不够稳定;还有天然桑蚕丝人工血管,口径可小至1毫米,但结构不稳定,强度较低。

李双阳解释说,理想的人造血管既要能与人体的血液和组织很好地相容,还要有一定强度不易变形,又要具有与天然血管类似的自愈合能力,保持在人体内长期性能稳定,等等,因此研制过程需要突破一系列关键技术。

“小口径人工血管的研究一直都是难题,而从生物材料仿生角度入手,也许可以拨云见日。”李双阳设想模仿天然血管的三层结构,搭建一种双层结构的人工血管。

面对一个个难题,李双阳团队创新地把人造血管分为两层分别突破。他们将抗凝血的两性离子水凝胶层当作血管的内壁,使管腔具有超亲水性,有比天然血管内皮表面更佳的超润滑性,“蛋白质等都附着不上去”,避免了管壁血栓的形成。同时,他们利用大强度水凝胶作为人造血管的外层,使其具有很好的顺应性和缝合强度,长期使用不易变形或扭折成角,针穿刺后不渗血。另外,这样的人造血管因为微孔尺寸小于细胞尺寸,能够避免炎症细胞的浸润,降低炎症反应,避免增生和狭窄,使其和人体能和平共处、相安无事。

值得一提的是,血管内层的氟化水凝胶不仅具有抗凝血功能,还增加了人工血管可视化性能,能帮助医生对植入后的人工血管形态进行无创地精准监测,随时可获得准确、动态、整体三维的信息。

经过3年多的埋头钻研,“体内精准可视化小口径人工血管”终于研发成功。

“人造血管的制作周期一定要短,制作过程要便捷、可定制,因为患者等不起。”李双阳清楚,对那些命悬一线的患者而言,每分每秒都格外珍贵。

目前,这款小口径人工血管与国际上已公开报道的最前沿技术相比,产品制备周期从1.5个月减少至10分钟。更重要的是,他们采用的技术使得生产成本比传统的组织工程技术低了8成。

该项目斩获第七届中国国际“互联网 ”大学生创新创业大赛和第八届“创青春”中国青年创新创业大赛两个国家金奖。获奖后,李双阳团队迫切地期待尽快把这项科研成果转化成产品。

“如果创新是从0到1,那么创业就是从1到100。”李双阳清楚,从实验室到批量化生产车间,再到最终产品上市,要走的路还很长。

目前,团队已经研发出“具有自愈合功能的仿生人工血管”以及“用于医用导丝/导管表面的超润滑涂层”等一系列产品,而“体内精准可视化小口径人工血管”已完成临床前的生物安全性能检测与大动物实验阶段。

李双阳和团队创立了“心衢生物”公司,期待用一根根小小血管连接出一个个生命的坦途。

中青报·中青网记者 胡春艳 通讯员 李晴 来源:中国青年报

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