近日，西南交通大学材料科学与工程学院材料先进技术教育部重点实验室黄楠教授、杨志禄研究员及其合作者，以西南交大为第一通讯单位在国际著名期刊Advanced Science(IF: 15.84)上发表题为“Mimicking the Nitric Oxide-Releasing and Glycocalyx Functions of Endothelium on Vascular Stent Surfaces”的研究论文。《Advanced Science》是由著名出版商Wiley于2014年创办的综合性期刊，杂志致力于跨学科合作研究。其收录范围相当广泛，涉及材料科学、物理学、化学、医学、生命科学和工程学等多个学科。
仿生学是一门既古老又年轻的学科，人们通过研究生物体的结构与功能工作的原理，并模拟开发出更适应与当下需求的先进技术。基于仿生学的化学表面改性策略在生物医学，材料科学等工程学科都产生了重要影响。值得一提的是，仿生学的策略在血液接触类材料表面功能化的应用研究方法中不可或缺的一种。例如，再血管支架表面化学改性研究中，内皮细胞仿生策略更是研究热点之一。然而，当前用于血管支架的表面生物工程学策略仍然具有明显的局限性，尤其是在模仿内皮功能方面的过于单调，缺乏自体内皮组织的多样性与多功能协同性，无法将内皮细胞在血液接触方面的诸多优势综合表现。
图1. 血管内皮仿生双功能涂层的分子结构及其应用于血管支架的表面改性。
最近，西南交通大学黄楠/杨志禄教授联合江苏大学潘国庆教授，从内皮细胞仿生设计出发，通过层层接枝的的方法，构建了一个具有双功能仿生的涂层，用于心血管类支架材料的表面改性，以期解决心长期困扰着心血管支架在长期植入过程中会出现再狭窄和晚期血栓的一个重要临床医学问题(图1)。在这项研究中，NO生成的Cu2+螯合DOTA和典型的糖萼组分透明质酸（HA）通过水连续逐层的固定在等离子聚烯丙胺（PPAm）涂层支架上。逐层接枝策略可以独立控制每个接枝层上的生物分子密度和含量，从而便于在多组分修饰中调整和优化表面功能。具体地说，DOTA单侧的羧基首先被用于与支架上PPAm的氨基偶联，剩下的羧基用于二次接枝。为了获得高的HA接枝密度，进一步利用PAa将羧基转移到多个氨基来放大反应位点。从而得到一个成分可控的且拥有高度内皮仿生的心血管支架涂层。
图2. 血管内皮仿生双功能涂层的血管支架具备快速表面内皮化并长期抑制内膜增生和支架的再狭窄。
为了证实这种血管内皮仿生双功能表面功能化策略在促进内皮再生、抑制血管支架内膜增生和再狭窄方面的优势，作者概念性展示了血管支架表面双功能涂层的构建，即构建出可自催化产生一氧化氮(NO)和拥有模拟内皮糖萼主要成分的双功能涂层(图1)。论文中，作者借助血管内皮仿生双功能表面，NO释放速率可控和透明质酸优异的生物相容性及高度放生的策略，得到了具有最显著抗凝血、抑制平滑肌细胞增殖迁移、促进内皮细胞贴附的支架表面。体内研究进一步显示，通过血管内皮仿生双功能血管支架可有效快速地促进血管支架表面的内皮化(第1周)。在长期植入情况下(第4-12周)，表面接枝有优化双功能组分的血管支架可以显著地抑制内膜增生和支架的再狭窄(图2)。这项研究最直接的意义是为心血管植入器械表面多功能仿生设计提供了理论支撑和指导；从应用的价值来看，该项工作将以往双因素仿生接枝中竞争位点，位点不足，接枝比例无法精确控制的缺点，通过巧妙的利用DOTA与层层接枝的策略成功转化为催化可控，接枝量可控的优势。本研究的积极成果不仅为多组分表面修饰提供了新的解决方案，而且也为血管内皮支架的仿生设计提供了新的思路，有望解决临床关键问题。
2016级博士研究生吕楠为该论文第一作者，杨志禄研究员，黄楠教授和江苏大学潘国庆教授同为该论文的通讯作者；西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室/材料科学与工程学院为论文的第一通讯单位。该研究工作的发表得到了国家重点研发计划及国家自然科学基金等项目的资助。
来源：西南交通大学
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202002330
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