近期，我院生物智能制造谭志凯教授团队在人工血管组织工程领域取得重要进展，围绕血管细胞外基质（ECM）微环境对血管再生的调控机制开展系统研究，相关成果连续发表于《Acta Biomaterialia》和《Materials Today Bio》等国际权威期刊。团队提出的细胞型特异性微环境重塑策略，为人工血管的内皮化、有序再生及长期通畅提供了全新思路。

心血管疾病是全球范围内的主要致死病因之一，血管移植是治疗严重血管损伤及动脉粥样硬化等疾病的重要手段。然而，目前临床上广泛应用的合成人工血管，尤其是小口径血管，仍面临血栓形成、内膜增生及远期通畅率低等严峻挑战。如何构建具有生物功能活性的血管替代物，实现移植后血管组织的原位再生与功能重建，已成为组织工程与再生医学领域的国际前沿热点。

针对上述难题，生物智能制造团队聚焦于血管细胞微环境，系统揭示ECM在调控血管细胞行为中的关键作用。ECM不仅是提供力学支撑的结构骨架，更是一个富含生化与生物物理信号的动态调控网络，能够通过与细胞表面受体的特异性识别，决定细胞的黏附、迁移、分化及命运。

团队发表于《Materials Today Bio》的研究论文“Distinct cellular microenvironment with cytotypic effects regulates orderly regeneration of vascular tissues”，首次证实血管内皮细胞来源的ECM能够选择性促进内皮细胞黏附，而血管平滑肌细胞来源的ECM则优先支持平滑肌细胞的定植。研究进一步揭示，这一选择性黏附行为受转录调控因子Eya3及Notch信号通路的协同调控。基于此，团队构建了具有分层微环境的三维人工血管移植物bEVG，在大鼠腹主动脉置换模型中实现血管内膜、中膜的有序重建与长期通畅。这一发现为“微环境指导细胞自组装”的血管再生策略提供了坚实的理论依据。

在此基础上，团队发表于《Acta Biomaterialia》的研究论文“Vascular grafts with a mimetic microenvironment extracted from extracellular matrix of adipocytes can promote endothelialization in vivo”，进一步将微环境重塑策略拓展至脂肪细胞来源的ECM。研究发现，3T3-L1前脂肪细胞来源的脱细胞ECM（CDM）富含纤连蛋白，能够通过整合素α5β1信号通路显著增强内皮细胞的黏附与铺展。团队采用3D打印与静电纺丝相结合的双层成型工艺，制备了内层为具有CDM功能化微环境的3D打印有序支架、外层为纳米纤维支撑层的仿生人工血管CVG。该血管移植物在体外内皮细胞覆盖率>95%，在体内腹主动脉置换模型中实现100%的3个月通畅率，且未引发明显炎症反应与病理改变。

团队首次将“细胞型特异性微环境”从理论概念转化为可工程化构建的血管移植物功能模块。通过精确复现不同血管细胞来源的ECM微环境，实现对宿主血管细胞的原位归巢与有序排布的主动调控，突破传统人工血管被动愈合的局限。基于基础研究的突破，谭志凯教授团队目前正牵头承担湖南省重点研发计划项目“人源无细胞组织工程血管关键技术构建与应用”，将团队在微环境调控领域的原创发现向临床转化，重点攻克人源脱细胞血管基质的规模化制备、免疫原性控制、快速内皮化及长期功能维持等关键技术瓶颈，推动具有自主知识产权的组织工程血管产品早日进入临床试验阶段。

图1 细胞型特异性ECM对血管细胞黏附的差异化调控（源自Wang et al., Materials Today Bio, 2024）。血管内皮细胞（HUVEC）与平滑肌细胞（HVSMC）分别培养于血管内皮细胞来源ECM（EHUVEC）和平滑肌细胞来源ECM（EHVSMC）中48小时，以空白TCP为对照。（a）共聚焦显微镜显示细胞黏附蛋白Vinculin（绿色）与细胞骨架F-actin（红色）的分布；（b）黏附相关基因的qPCR相对表达量；（c）Eya3蛋白免疫荧光；（d）Eya3基因表达；（e-f）Notch通路配体Dll4与受体Notch1的基因表达。结果表明，EHUVEC特异性促进HUVEC黏附而抑制HVSMC黏附，EHVSMC则反之，证实VCEM具有明确的细胞型特异性。

图2 CVG体内移植后的通畅性评估（源自Wang et al., Acta Biomaterialia, 2025）。（a）CVG腹主动脉置换手术流程；（b）术后超声B-mode影像（黄色箭头标示吻合口）；（c）术后3个月超声影像显示CVG与天然腹主动脉内径相近；（d）内径定量；（e）血流速度定量——CVG血流速度更接近天然动脉；（f）术后多普勒超声测量移植物血流速度；（g）中新动脉血流速度的量化。

延伸阅读：团队简介

生物智能制造研发中心由湖南大学生物学院谭志凯教授领衔。中心长期从事生物智能制造技术的研究及其在生物医学上的应用，研发方向涵盖组织工程血管、3D生物打印、肿瘤微环境模型构建、生物医用材料设计与转化等。先后承担国家自然科学基金、省重点研发计划、省自然科学基金、深圳市知识创新计划等纵向项目10余项。在国际权威期刊发表SCI论文数十篇，获授权发明专利10余项。荣获全国博士后创新创业大赛铜奖、广东省众创杯优胜奖等多项荣誉，指导学生在国家级创新创业竞赛中屡获佳绩。

中心常年招收生物学、生物技术、生物医学工程、生物材料和生物工程等方向的博士、硕士研究生及博士后，欢迎有志于生物智能制造与再生医学研究的青年学者加入。

来源 | 生物智能制造研发中心

编辑 | 史修远 杨昕 王心怡

责编 | 刘楚玲