组织工程研究中的关键性挑战之一是要在大型组织中形成复杂和功能性的血管网络，维持氧气和营养的输送，并有效清除废物。目前，光辅助过程，如立体光刻、DLP和选择性激光烧结已经成为制备微尺度血管网络（MSV）的主要工具。然而，这些方法往往涉及复杂的制备过程，且需要特异性的光敏基础材料。因此，构建小口径血管及桥接大动脉或静脉和毛细血管网络依然是该领域的一个重大挑战。
近期，上海交通大学医医院骨科王金武团队采用温敏性水凝胶聚N-异 （PNIPAM）和 化明胶（GelMA，EFL-GM系列），通过牺牲模板法和热响应性水凝胶支架的收缩效应进行小尺寸MSV的制备。在37℃下，利用PNIPAM的温敏体积收缩，有效诱导更小尺寸的MSVs的制造（图1）。相关研究论文：“FabricationofThermoresponsiveHydrogelSca?oldswithEngineeredMicroscaleVasculaturesg”发表于AdvancedFunctionalMaterials上。
图1基于温敏水凝胶的生物3D打印微尺度血管网络示意图
凝胶材料：
聚N-异 （PNIPAM）/ 化明胶（GelMA）
凝胶工艺：
步，在CaCl2溶液中湿法纺丝制备得到牺牲海藻酸纤维（SAFs）；第二步，UV交联下得到封装SAFs的PNIPAM/GelMA（P/G）水凝胶；第三步，将P/G水凝胶浸入EDTA-2Na溶液中溶解SAFs生成血管网络结构。
1.P/G水凝胶的温敏行为
研究者于P/G水凝胶中加入不同浓度的GelMA，来探究P/G水凝胶的温敏行为。由于P/G水凝胶是一个完全交联的网络结构，因此选择体积相变温度（VPTT）来描述混合水凝胶的温度响应特性。研究表明，P/G水凝胶的VPTT随着GelMA浓度的提高而增加。P/G水凝胶在低于37℃时可以收缩，且收缩比和VPTT可以调整，提供了用于制备MSVs的体积收缩功能（图2）。
图2P/G水凝胶的温敏行为
2.P/G水凝胶的温敏响应行为
以GelMA含量为2%的P/G2水凝胶为例，研究者探究了不同刺激环境下，P/G水凝胶的温敏响应行为。设置分组为：样品A在培养皿中漂浮在37℃的水浴中，样品B在另一个培养皿中直接浸入37℃的水中。测试结果，37℃下，P/G水凝胶的稳定收缩为细胞培养环境中保持MSV结构提供了可能性（图3）。
图3P/G水凝胶的温敏响应行为
3.P/G水凝胶构建微尺度血管网络
研究者分别采用三种不同直径（30G/32G/34G）的针头通过湿法纺丝制备得到牺牲海藻酸纤维（SAFs），1%EDTA-2Na溶液孵育凝胶后即可得到贯通的血管网络，且在37℃下孵育可得到孔径略小的血管网络结构。红色染料着色试验表明形成了相互连通的MSVs（图4）。
图4三种针头直径下制备所得牺牲海藻酸钙纤维
4.MSVs密度对P/G水凝胶的影响
研究者分别采用长度为10cm、30cm、50cm的SAFs嵌入至P/G水凝胶中，以研究MSVs密度对P/G水凝胶收缩行为的影响。试验表明，P/G水凝胶在收缩过程中会形成更致密的结构，从而阻碍水的释放。高密度MSVs的P/G水凝胶的收缩速率高于低密度P/G水凝胶（图5）。
图5MSVs密度对P/G水凝胶收缩行为的影响
5.P/G水凝胶的体外生物相容性试验
生物相容性试验表明P/G水凝胶对HUVECs无*副作用，且CD31免疫染色表明HUVECs表现出CD31高表达，显示了较高的内皮功能。将HUVECs细胞悬液接种至P/G水凝胶中，2D显微图像表明MSVs腔内形成了单层HUVECs细胞（图6）。研究者进一步探究了SAFs和EDTA-2Na溶液对P/G水凝胶封装细胞的生物相容性，试验表明，两种材料对负载的骨肉瘤细胞的活性没有明显的不良影响（图7）。
图6HUVECs在P/G水凝胶中的生物相容性
图7SAFs和EDTA-2Na对OCs在P/G水凝胶中的生物相容性评价
6.P/G水凝胶的体内生物相容性试验
研究者探究了MSV密度对体内植入支架周围血管形成的影响。试验表明，与不含MSVs的对照组相比，其他P/G水凝胶支架周围形成了较多的血管，且血管数量随着支架内MSV密度的增加而增加（图8）。
图8P/G水凝胶体内生物相容性试验
研究者利用PNIPAM的体积收缩功能，所制备的P/G温敏水凝胶可在37℃下展现出不同的收缩性能，且结合湿法纺丝制备得到的牺牲海藻酸纤维（SAFs）可以制备出目标尺寸的MSVs。体内外生物相容性试验表明，该方法制备的MSVs水凝胶支架具备良好的生物活性。该研究提供了一种简便快捷的小尺寸MSVs制备工艺。
酰化明胶（GelMA）由于具有生物兼容性好、可见光固化的特点，已广泛应用于细胞3D培养、组织工程、生物3D打印等研究领域，已有上万篇学术论文中采用了GelMA水凝胶。EFL团队研制的GelMA产品具有批次稳定、服务专业等优点。自推出以来，已服务哈佛、剑桥、麻省理工、港大、清华、北大、浙大、上交等国内外高校的数百个课题组。
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本文编辑：佚名
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