3D打印可生物降解的靜脈支架及其調節(jié)靜脈移植物的重塑機理

來源：上普生物

隱靜脈移植物作為冠狀動脈搭橋術（CABG）中最常用的導管，但其缺點是由于內膜增生而容易發(fā)生再狹窄，近期，上海交通大學瑞金醫(yī)院趙強教授、葉曉峰副教授、東華大學游正偉教授課題組聯(lián)合在BioMaterials期刊上發(fā)表了“A novel biodegradable external stent regulates vein graft remodeling via the Hippo-YAP and mTOR signaling pathways”的文章，通過旋轉軸打印了PCL可降解靜脈支架，該支架對內膜增生具有出色的抑制作用。并可通過Hippo-YAP信號通路調節(jié)靜脈移植物重塑。

研究背景
冠狀動脈搭橋術（CABG）已被證實可有效改善冠狀動脈疾病的預后，這是全世界主要的公共衛(wèi)生問題。盡管越來越多的證據(jù)表明，使用動脈導管進行冠狀動脈旁路移植術（CABG）具有多種優(yōu)勢，但隱靜脈移植物（SVG）由于其可用性和長度而仍然是最常用的導管。作為CABG中最常用的導管，隱靜脈移植物的缺點是由于內膜增生而容易發(fā)生再狹窄。除了許多病理反應外，內膜增生的靜脈移植物重塑主要負責管腔再狹窄。在連續(xù)的循環(huán)拉伸過程中，由于動脈回彈，該過程趨于不受控制，并伴有血管平滑肌細胞（SMC）增殖，以適應動脈循環(huán)。因此，臨床上迫切需要減少靜脈移植物重塑的策略。

為了滿足緊急的臨床需求，采用外部支架（eStents）并闡明其功能的潛在機制對于預防靜脈移植物衰竭很重要。研究者使用旋轉4軸打印技術，制造了一種新型的可生物降解的支架，該支架對內膜增生具有出色的抑制作用。并可通過Hippo-YAP信號通路調節(jié)靜脈移植物重塑。此外，作為藥物遞送媒介，設計了雷帕霉素（RM）涂層的eStent，以通過Hippo和哺乳動物雷帕霉素靶標（mTOR）信號通路的協(xié)同作用，增強eStent對內膜增生的抑制作用。總的來說，這項研究揭示了eStent功能的潛在機制，并確定了預防靜脈移植物再狹窄的新治療靶標。

旋轉打印支架
盡管PCL是一種塑料材料，但纖維編織物支架表現(xiàn)出出色的柔韌性，可拉伸性和彈性，可實現(xiàn)彎曲以及拉伸和壓縮變形，因此，研究者以PCL為材料，通過4軸聯(lián)動生物3D打印機實現(xiàn)PCL可降解支架的打印制造。

圖1 旋轉4軸打印可降解PCL支架

該支架可以有效地防止在靜脈中出現(xiàn)不利的血管扭結，并保持其原始的管狀結構和大角度彎曲變形。

血管重塑的調節(jié)
由于缺乏機械支持并充滿動脈血，移植后立即在非支架移植物（Non-Stented）中觀察到血管擴張。但是，在PCL支架組中，支架起到了徑向抗擴張作用，有效地限制了靜脈移植物的擴張。此外，血管超聲檢查顯示，非支架組的靜脈移植物直徑在植入后隨時間逐漸增加，幾乎是原始移植物直徑的1.5倍。相比之下，PCL組的靜脈移植物直徑幾乎沒有變化，與原始動脈和靜脈的直徑一致。

圖2 打印的PCL支架可防止靜脈移植物擴張并調節(jié)血管重塑

抑制靜脈內膜的內膜增生
如H＆E染色所示，與PCL組相比，非支架組中每個觀察點的壁厚和內膜面積均顯著增加。由于形成了新內膜，在非支架組中管腔丟失更為明顯，引起相關的管腔狹窄，而在PCL組中則減弱了。

圖3 打印的PCL支架抑制靜脈內膜的內膜增生

植入支架后基因和活性的差異表達
在果蠅和哺乳動物中都保留了Hippo信號通路，并在調節(jié)器官大小和細胞增殖中起作用。結果表明非支架移植物中的Hippo相關分子水平高于PCL支架移植物中的水平。免疫組織化學染色顯示，與支架移植相比，非支架移植物中TGF-β的表達增加，這反映了細胞增殖增強和ECM產生上調。與無支架的移植物相比，在帶支架的移植物中觀察到更高水平的eNOS，這反映了內皮功能良好。

圖4 植入支架后Hippo信號傳導途徑的基因和活性的差異表達

涂層支架對內膜增生的抑制作用及基因表達的影響
已證實使用RM（雷帕霉素）涂層的藥物洗脫支架可有效防止支架血栓形成和支架內再狹窄。結果表明，支架還通過mTOR信號傳導途徑介導了靜脈移植物重塑。通過使用RM涂層的支架，可以更有效地抑制移植物中的內膜增生。與無藥物的支架移植相比，mTOR和Hippo相關蛋白均減少。因此，通過調節(jié)Hippo和mTOR信號通路的協(xié)同作用，RM涂層的支架可以有效抑制內膜增生，因為RM涂層支架遞送后的移植物壁厚比僅支架遞送后薄。盡管降低的YAP表達與增加的RM濃度相關，但仍不確定RM是否可以直接調節(jié)YAP活性。

圖5涂層支架對內膜增生的抑制作用

圖6 應用涂層支架后Hippo和mTOR信號通路的活動

總結
研究者通過旋轉軸打印技術，制造了具有抗擴張?zhí)匦裕行拗旗o脈移植物擴張并抑制新內膜形成的新型可生物降解PCL 支架。并發(fā)現(xiàn)，該支架抑制血管重塑的作用機理與Hippo信號通路中YAP的活性有關，這受可變的機械刺激影響。此外，與mTOR抑制劑一起，RM涂層支架在抑制靜脈移植物內膜增生方面表現(xiàn)出改善的性能。因此，這項工作為臨床上成功應用該支架技術提供了有希望的治療目標和決定性證據(jù)。

圖7支架對靜脈移植物的抗內膜作用機理的示意圖。

參考文獻

Yang Q , Lei D , Huang S , et al. A novel biodegradable external stent regulates vein graft remodeling via the Hippo-YAP and mTOR signaling pathways[J]. Biomaterials, 2020:120254.