3D打印可生物降解的静脉支架及其调节静脉移植物的重塑机理

来源：上普生物

隐静脉移植物作为冠状动脉搭桥术（CABG）中最常用的导管，但其缺点是由于内膜增生而容易发生再狭窄，近期，上海交通大学瑞金医院赵强教授、叶晓峰副教授、东华大学游正伟教授课题组联合在BioMaterials期刊上发表了“A novel biodegradable external stent regulates vein graft remodeling via the Hippo-YAP and mTOR signaling pathways”的文章，通过旋转轴打印了PCL可降解静脉支架，该支架对内膜增生具有出色的抑制作用。并可通过Hippo-YAP信号通路调节静脉移植物重塑。

研究背景
冠状动脉搭桥术（CABG）已被证实可有效改善冠状动脉疾病的预后，这是全世界主要的公共卫生问题。尽管越来越多的证据表明，使用动脉导管进行冠状动脉旁路移植术（CABG）具有多种优势，但隐静脉移植物（SVG）由于其可用性和长度而仍然是最常用的导管。作为CABG中最常用的导管，隐静脉移植物的缺点是由于内膜增生而容易发生再狭窄。除了许多病理反应外，内膜增生的静脉移植物重塑主要负责管腔再狭窄。在连续的循环拉伸过程中，由于动脉回弹，该过程趋于不受控制，并伴有血管平滑肌细胞（SMC）增殖，以适应动脉循环。因此，临床上迫切需要减少静脉移植物重塑的策略。

为了满足紧急的临床需求，采用外部支架（eStents）并阐明其功能的潜在机制对于预防静脉移植物衰竭很重要。研究者使用旋转4轴打印技术，制造了一种新型的可生物降解的支架，该支架对内膜增生具有出色的抑制作用。并可通过Hippo-YAP信号通路调节静脉移植物重塑。此外，作为药物递送媒介，设计了雷帕霉素（RM）涂层的eStent，以通过Hippo和哺乳动物雷帕霉素靶标（mTOR）信号通路的协同作用，增强eStent对内膜增生的抑制作用。总的来说，这项研究揭示了eStent功能的潜在机制，并确定了预防静脉移植物再狭窄的新治疗靶标。

旋转打印支架
尽管PCL是一种塑料材料，但纤维编织物支架表现出出色的柔韧性，可拉伸性和弹性，可实现弯曲以及拉伸和压缩变形，因此，研究者以PCL为材料，通过4轴联动生物3D打印机实现PCL可降解支架的打印制造。

图1 旋转4轴打印可降解PCL支架

该支架可以有效地防止在静脉中出现不利的血管扭结，并保持其原始的管状结构和大角度弯曲变形。

血管重塑的调节
由于缺乏机械支持并充满动脉血，移植后立即在非支架移植物（Non-Stented）中观察到血管扩张。但是，在PCL支架组中，支架起到了径向抗扩张作用，有效地限制了静脉移植物的扩张。此外，血管超声检查显示，非支架组的静脉移植物直径在植入后随时间逐渐增加，几乎是原始移植物直径的1.5倍。相比之下，PCL组的静脉移植物直径几乎没有变化，与原始动脉和静脉的直径一致。

图2 打印的PCL支架可防止静脉移植物扩张并调节血管重塑

抑制静脉内膜的内膜增生
如H＆E染色所示，与PCL组相比，非支架组中每个观察点的壁厚和内膜面积均显着增加。由于形成了新内膜，在非支架组中管腔丢失更为明显，引起相关的管腔狭窄，而在PCL组中则减弱了。

图3 打印的PCL支架抑制静脉内膜的内膜增生

植入支架后基因和活性的差异表达
在果蝇和哺乳动物中都保留了Hippo信号通路，并在调节器官大小和细胞增殖中起作用。结果表明非支架移植物中的Hippo相关分子水平高于PCL支架移植物中的水平。免疫组织化学染色显示，与支架移植相比，非支架移植物中TGF-β的表达增加，这反映了细胞增殖增强和ECM产生上调。与无支架的移植物相比，在带支架的移植物中观察到更高水平的eNOS，这反映了内皮功能良好。

图4 植入支架后Hippo信号传导途径的基因和活性的差异表达

涂层支架对内膜增生的抑制作用及基因表达的影响
已证实使用RM（雷帕霉素）涂层的药物洗脱支架可有效防止支架血栓形成和支架内再狭窄。结果表明，支架还通过mTOR信号传导途径介导了静脉移植物重塑。通过使用RM涂层的支架，可以更有效地抑制移植物中的内膜增生。与无药物的支架移植相比，mTOR和Hippo相关蛋白均减少。因此，通过调节Hippo和mTOR信号通路的协同作用，RM涂层的支架可以有效抑制内膜增生，因为RM涂层支架递送后的移植物壁厚比仅支架递送后薄。尽管降低的YAP表达与增加的RM浓度相关，但仍不确定RM是否可以直接调节YAP活性。

图5涂层支架对内膜增生的抑制作用

图6 应用涂层支架后Hippo和mTOR信号通路的活动

总结
研究者通过旋转轴打印技术，制造了具有抗扩张特性，有效限制静脉移植物扩张并抑制新内膜形成的新型可生物降解PCL 支架。并发现，该支架抑制血管重塑的作用机理与Hippo信号通路中YAP的活性有关，这受可变的机械刺激影响。此外，与mTOR抑制剂一起，RM涂层支架在抑制静脉移植物内膜增生方面表现出改善的性能。因此，这项工作为临床上成功应用该支架技术提供了有希望的治疗目标和决定性证据。

图7支架对静脉移植物的抗内膜作用机理的示意图。

参考文献

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.