浙江大学任科峰/于路/计剑《自然·通讯》：新型微沟槽引导细胞单向迁移加速左心耳封堵器内皮化

我国是全球房颤第一患病大国，房颤是引起心源性脑卒中的重要原因。在非瓣膜病房颤患者中，90%以上的血栓形成于左心耳，左心耳封堵是房颤患者预防心源性脑卒中的有效治疗方案。左心耳封堵器有效避免了心耳内的血栓问题，然而封堵器本身由于金属和疏水聚合物材料的生物和血液相容性问题，并且封堵盘面积较大，导致表面内皮化延迟，存在诱发形成血栓的可能性。封堵器相关的器械诱发血栓问题（Device-related thrombosis，DRT）成为临床治疗中的重要问题。因此，加速封堵器表面新生组织的覆盖并促进内皮化，成为解决器械相关血栓问题的重要策略。研究表明，表面拓扑结构能够有效引导细胞迁移，促进组织愈合。

受此启发，浙江大学高分子科学与工程学系任科峰教授、计剑教授和浙江大学医学院附属邵逸夫医院于路主任医师等人，设计了由连续的一系列水滴形状组成的微沟槽。内皮细胞受微沟槽诱导而单向迁移，从而提高了细胞集体迁移效率。动物模型实验证实，具有该种表面微沟槽结构的左心耳封堵器的内皮化进程显著加快。相关工作以“Drop-shaped microgrooves guide unidirectional cell migration for enhanced endothelialization”为题发表在Nature Communications。浙江大学博士生王兴旺为论文第一作者。

文章要点

水滴形微槽的特点是它们在细胞迁移路径上具有局部不对称性。这种不对称性可以限制细胞迁移的方向。在没有微结构的平面上，细胞朝向任意方向迁移；在平行微槽中，细胞迁移沿微槽有两个方向。而在局部不对称的水滴状微沟槽中，细胞迁移的方向则被限于单一方向（图1）。这种连续水滴状微沟槽对细胞形态的限制与平行沟槽类似，能够引导细胞取向排列。研究设置了两种不同宽度水滴状微沟槽（Drop-s和Drop-l）。

图1 微沟槽设计示意图以及对细胞形态的影响

细胞实验表明，这种微沟槽能有效约束细胞骨架，并可引导细胞单向迁移。细胞倾向于在微沟槽内从液滴的尾部（较宽区域）向头部（较窄区域）迁移，越过颈部进入下一个单元的尾部，而细胞从尾部越过颈部进入头部的迁移则受到限制（图2）。这种单向迁移能够加快细胞对平面的覆盖速度。

图2 微沟槽引导细胞单向迁移。

研究将这种水滴状微沟槽制备于封堵器的封堵盘表面，通过介入封堵术在犬体内验证了微沟槽加速内皮化的能力（图3）。7天和14天的动物实验显示具有微沟槽的封堵器表面内皮组织再生进程明显加快。

图3 表面结合微沟槽的封堵器动物实验示意图以及动物实验结果。

结论与展望

本研究报告了一种应用于左心耳封堵器上的滴状微槽结构，并展示了微槽在加速封堵器表面新组织覆盖和促进内皮化方面的潜力。该工作是研究团队近期关于经血管医疗器械表界面功能构筑方向的最新进展之一，团队结合仿生表界面构筑与拓扑结构调控在生物材料功能化方面取得系列进展（Biomaterials 2019, 192, 15；Adv. Healthc. Mater. 2020, 2000381; Research 2020, 1458090; Bioact. Mater. 2021, 6, 4686; ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 57000; Bioact. Mater. 2022, 11, 218; Compos. Part B-Eng. 2022, 244, 110164; Sci. China Mater. 2024, 67, 2090; Biomaterials 2023, 296, 122069; Adv. Mater. 2024, 2310216; Adv. Sci. 2024, 2401301）。该研究得到浙江省自然科学基金（LD22E030008）、国家自然科学基金（U20A20262）和浙江省卫生健康委员会医药卫生科技项目（2022483477）的资助。

来源：高分子科学前沿

声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！