导读： 近日，中国人民大学理学院化学系王亚培教授课题组在界面打印领域取得重要进展，相关研究成果以“Interfacial Diffusion Printing: An Efficient Manufacturing Technique for Artificial Tubular Grafts”为题发表在《ACS Biomaterials Science & Engineering》上，并且被美国化学会推选为编辑精选，在全球范围内提供该文章的开放访问。心血管疾病，作为一个无形的杀手，严重威胁着当今人们的健康和生活。虽然随着药物和临床技术的不断发展，一些病人可以通过化学或者物理的无创手段缓解疾病带来的痛苦。但是对于无创手段不能解决的冠状动脉堵塞问题，冠状动脉旁路移植术仍然是国际上公认的治疗冠心病最有效的方法。目前，冠状动脉移植术最理想的移植物是自身的静脉，但是存在病人自身的静脉质量低，对病人造成二次伤害等问题。所以，发展一种可以替代静脉的人工血管显得尤为重要。对于大于6mm的人工血管，已经有商业化产品，但是小于6mm的人工血管，目前仅处于试验阶段，仍然没有很理想的材料。水凝胶材料是一种是高含水率的网状高分子聚合物，具有生物相容性好、力学性能与人体组织相似等特点，因此在组织工程中常被用来作为支架材料。王亚培课题组采用一步法高效制备小直径人工血管，基于界面扩散打印技术，特制的生物墨水可以通过界面反应的方式形成水凝胶人工血管，该方法简单高效，可以批量生产高性能的人工血管。图1. 水凝胶人工血管制备示意图人工血管材料是以海藻酸钠-钙离子和聚丙烯酰胺双网水凝胶为基体，在其中加入细菌纤维素缠结产生氢键作用，形成高抗压低膨胀的水凝胶人工血管。图2. 人工血管的材料组成和结构表征实验结果表明，该人工血管不仅可以承受住人体的血压，还满足外科手术的缝合要求，在体外的血液相容性和细胞相容性实验中均表现优异。在动物血管置换实验中，该人工血管成功替代了移植静脉，可以保持通畅性，并且克服了静脉在动脉压下高膨胀的缺点。因为水凝胶优异的生物相容性，在动物实验中的水凝胶人工血管中检测到新生血管的长入，这为人工血管诱导自身血管重建奠定了很好的基础。这篇文章提出了高效制备高性能水凝胶人工血管的新思路，彰显出该材料在人工组织支架的巨大应用潜力。论文第一作者为中国人民大学化学系博士研究生周游，通讯作者为中国人民大学化学系王亚培教授与北京安贞医院的于洋主任，该项研究工作得到了国家自然科学基金委，中国人民大学和北京安贞医院的大力支持。文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsbiomaterials.9b01293

关键词：血管,人工,凝胶,静脉,实验,中国人民大学,相容性,冠状动脉,制备,病人

导读： 生物材料的快速发展，为更加安全、有效地治疗各类血管疾病，提供了新的工具。理想的血管支架材料，应支持血管内皮细胞在其表面粘附、铺展、并实现全面覆盖（“内皮化”），从而避免异物诱发血栓或血管堵塞。传统的材料，要么支持内皮细胞粘附效果不佳；要么是在对其表面修饰粘附“信号”（如可结合细胞整合素受体的肽段）后，提高了其促进内皮细胞生长的能力，但这些信号也同时支持其他类型的细胞粘附。那么，有什么办法可以选择性地促进内皮细胞在材料表面的铺展呢？澳门大学王春明和南京大学董磊合作，设计了一种基于全新机制促进内皮化的多糖材料。他们注意到：当微生物（如真菌）感染机体时，须穿透内皮细胞从而侵袭组织（transmigration）。在这一过程中，微生物表面的多糖分子发挥了先锋作用，与内皮细胞表面或分泌的多种可识别糖的受体建立连接，从而“搭桥”突破内皮防线。这一特殊的机制为研究者带来灵感：将这些糖分子“进攻”内皮细胞时的独特作用，转变为引导内皮细胞特异性粘附的亲和能力，设计促进内皮化的糖生物材料基质（图1）。图1. 受真菌侵染内皮细胞启发，设计材料表面内皮化的研究构思。然而，第一，微生物表面与这些受体结合的糖链异质性高且难以大规模制备（就材料制备的量级来说）；第二，多糖的水溶性使其不易加工成型。为解决这两个问题，研究者筛选植物来源的葡甘聚糖，并进一步进行不同碳链长度的酯化增加分子的疏水性，在经过分子模拟和点杂交实验验证后，获得了一种葡甘聚糖的癸酸酯（简称GMDE），对于内皮细胞分泌的Galectin蛋白具有选择性亲和能力。研究者进一步地将GMDE制备为薄膜材料和静电纺丝纤维，发现相比于同系列的其他糖酯衍生物，具有明显的促进内皮细胞粘附的优势。有趣的是，研究者同时对比成骨细胞、上皮细胞、成纤维细胞、及平滑肌细胞，它们在GMDE材料表面的粘附程度都远低于内皮细胞，证明了GMDE选择性支持内皮细胞粘附的能力。图2. 不同类型的细胞，包括人（HUVEC）和鼠（SVEC4-10）内皮细胞及其他组织细胞，在GMDE和其他葡甘聚糖衍生物上的粘附情况可是，GMDE是如何通过与Galectin的亲和来促进血管内皮细胞的粘附呢？为了回答这个问题，研究者设计了一系列生物学实验验证机理。首先，他们对比了人和鼠多种细胞分泌或表达几种主要糖受体或糖结合蛋白的丰度，发现内皮细胞表达和分泌Galectin的能力都高于另几种细胞。而且，相比于传统聚己内酯或玻璃材料，GMDE表面吸附Galectin的能力最强。进一步地，研究者观察到内皮细胞自身分泌的Galectin，以桥接的形式，一头搭在GMDE表面，一头衔接细胞表面的整合素b1受体（图3）。此外，内皮细胞的粘附，可被Galectin的竞争性抑制剂或整合素抗体破坏，从而证明了内皮细胞与多糖材料，通过Galectin “搭桥”联接这一独特美妙的方式。图3. 粘附在GMDE纤维支架上的HUVEC细胞分泌Galectin-1和表达integrin染色最后，研究者评估了GMDE纤维支架在小鼠下肢缺血模型中对于血管治疗的潜力。他们通过将小鼠左下肢股深动脉结扎造成左下肢缺血，并保持右侧下肢肌肉健康。在动脉结扎处植入GMDE静电纺丝，聚己内酯静电纺丝作为对照，同时在结扎处注射PBS作为阴性对照，注射血管内皮生长因子VEGF作为阳性对照。对所有实验组进行为期28天的下肢血流灌注量的测定，研究者发现植入GMDE纤维支架后，缺血下肢血流灌注量高，缓解了因缺血导致的小腿肌肉坏死。而且通过CD31和α-SMA免疫荧光染色发现GMDE纤维支架可促进血管新生，且不会引起炎症反应。该研究的材料设计思路新颖，既不修饰细胞粘附的肽段、也未添加外源性的促血管新生因子，而是基于糖分子与细胞受体的相互作用的生物化学机制，改善材料表面的内皮细胞选择性，可谓独辟蹊径，为相关生物材料的研发提供了与常规方法不同的思路。这一工作于2021年9月3日以A “Bridge-Building” Glycan Scaffold Mimicking Microbial Invasion for In Situ Endothelialization为题在线发表于Advanced Materials，澳门大学博士研究生母若雨和硕士研究生张钰函为共同第一作者，研究得到国家自然科学基金委员会优秀青年科学基金（港澳）、澳门科技发展基金的支持。原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202103490

关键词：内皮细胞,粘附,GMDE,表面,细胞,血管,研究者,Galectin,受体,内皮

导读： 近日，武汉大学中南医院王行环教授团队在《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）在线发表最新研究成果，并受邀作为封面亮点重点报道。该论文题目为《抗菌和促血管化的伤口敷料用于治疗慢性迁延性皮肤损伤》，由中南医院博士研究生王子健、游文杰和华中科技大学先进生物材料与组织工程中心胡伟康博士为该文共同第一作者，王行环教授和武汉大学基础医学院陈云教授为该文共同通讯作者，美国哈佛大学Chin-Lee Wu教授、法国洛林大学Céline Huselstein教授等参与了此研究。该研究工作获得武汉大学医学腾飞计划和国家自然科学基金支持。迁延性皮肤损伤是糖尿病患者的晚期并发症。由于血糖水平长期处于高值，患者血管壁蛋白氨基与葡萄糖醛基之间易形成糖基化终末产物，严重破坏了血管的结构和生理功能。另一方面，随着住院治疗时间延长，患者合并院内耐药菌感染的几率较以往大幅度上升。目前普遍认为血供不良和耐药菌感染是导致迁延性皮肤损伤预后不良的关键因素。在前期工作的基础上，本研究厘清了伤口敷料的核心需求，提供了一种具有优异抗菌性和促血管生成活性的纳米纤维敷料。如下图所示，先采用高压静电纺丝技术制备PLGA纳米纤维，然后采用逐层自组装技术对纳米纤维进行功能化修饰。本研究采用的原材料，如PLGA、透明质酸等均具有优异的生物安全性，制备工艺不使用任何有毒的化学交联剂，最大限度满足了临床转化的要求。研究发现，该纳米纤维敷料主要通过抗菌消炎、增加胶原沉积，促进细胞增殖和血管化等途径加速皮肤组织再生。王行环教授团队成员综述了高分子生物水凝胶的交联策略，并研制出一款止血不吸血的高强度纤维素水凝胶材料。针对临床耐药菌防治的难题，团队相继研发了三嗪化丝素蛋白抗菌纤维和季铵化甲壳素自组装抗菌敷料。相关成果获得Chemical Review积极引用和报道。近年来，王行环教授团队与武汉大学化学与分子科学学院、武汉大学基础医学院、华中科技大学生命科学与技术学院和美国国立卫生研究院等多家单位建立了合作关系，依托肿瘤精准诊疗技术与转化医学湖北省工程研究中心和中南医院临床试验中心积极开展转化医学研究，实现基础研究和临床应用的紧密结合。论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S138589472032653X

关键词：血管,纤维,武汉大学,敷料,抗菌,基础,皮肤,纳米,医学,采用

导读： 中国科学院上海营养与健康研究所荆清研究组在三月份当期的国际心血管领域专业期刊Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology (ATVB) 正式发表了题为 “Single-Cell Transcriptome Analysis Reveals Embryonic Endothelial Heterogeneity at Spatiotemporal Level and Multifunctions of MicroRNA-126 in Mice” 的研究论文。该研究发现在小鼠胚胎发育14.5天，血管内皮细胞在转录水平已表现出组织或器官间的差异，并报道了MicroRNA-126 (miR-126)对血管内皮细胞异质性的稳态维持是不可或缺的关键调控因子。同期，还刊发了5页述评文章(Editorial)，由多伦多大学Jason E. Fish教授主笔，题为“MicroRNA-Based Regulation of Embryonic Endothelial Cell Heterogeneity at Single-Cell Resolution”，对该研究进行了高度概括和评价。心血管系统中，细胞的异质性是不可或缺的一种特性。位于血管最内层的内皮细胞 (Endothelial Cells, ECs) 为适应各器官的不同生理需求，在表型和功能上会进行微调。因此，尽管所有内皮细胞共同起源于中胚层且具有相同的泛内皮功能，但由于动静脉差异以及所处器官微环境的不同，导致其在分子水平、细胞水平和生理功能上均表现出明显差异。早在胚胎发育期，内皮细胞的异质性就已经确立，并随着各发育阶段逐渐调整和强化。同时在病理条件下，这种异质性也可能会发生改变。然而，内皮细胞异质性建立和维持的机制并不完全清楚。荆清研究员团队通过流式细胞分选富集胚胎发育E14.5天的全组织内皮细胞（CD31+CDH5+&CD45-），并借助10X Genomics单细胞测序平台，获得约12000个内皮单细胞转录组数据。通过聚类分析发现该时期内皮细胞可以分为11个亚群，包括各组织和器官来源的微血管内皮细胞亚群、大脉管（动脉，静脉以及淋巴管）来源的内皮细胞亚群以及处于间充质转化阶段的内皮细胞亚群。为进一步明确胚胎期与成年期内皮细胞在单细胞转录组水平的差异，研究团队将获得的E14.5天全胚胎内皮单细胞数据与已有的成年期各器官和组织内皮单细胞数据进行整合并作对比分析，发现处于增殖状态的内皮细胞亚群占比在胚胎期明显高于成年期，这提示胚胎期内皮细胞具有更高的分化潜能。随后，为探究miRNA调控内皮细胞异质性稳态维持的作用机制，研究者构建了内皮细胞特异敲除miR-126(miR-126-ecKO)小鼠，并通过上述建库策略获得约5000个miR-126敲除的内皮单细胞数据。通过对比分析，研究者发现3个内皮细胞亚群（肝脏、间充质转化和肺脏来源的内皮细胞）在miR-126敲除后出现明显紊乱。进一步，研究团队通过对影响最为明显的肝脏内皮细胞亚群和间充质化内皮细胞亚群进行深入分析，发现miR-126对不同组织或器官来源的内皮细胞的功能影响存在差异。其中，Gene Ontology (GO)分析结果表明，对肝脏内皮的影响主要是低氧应激以及糖代谢通路上调。Masson染色结果表明miR-126-ecKO小鼠肝脏纤维化加剧。糖耐受和丙酮酸耐受实验结果表明miR-126-ecKO小鼠血糖调节失衡。另一方面，间充质化和肺脏来源的内皮细胞亚群在缺失miR-126后，血管间充质化和钙化相关分子通路明显上调，茜素红染色结果表明miR-126-ecKO小鼠肺脏和脑部微血管钙盐沉积明显。接下来，研究团队对miR-126调控小鼠血糖代谢的分子机制进行了初步探究，通过免疫荧光和免疫蛋白印迹实验证实miR-126靶向低氧诱导因子HIF1A，抑制HIF1A-GLUT1信号通路激活。随后，研究团队通过腹腔注射agomir功能性回补miR-126，发现能够明显回复miR-126-ecKO小鼠血糖不耐受表型。综上所述，该项研究证实内皮细胞在胚胎发育期已表现出器官或组织间的异质性并首次在单细胞水平证明miR-126对小鼠内皮细胞异质的稳态维持是不可或缺的。MicroRNA对某一类型细胞的调控作用主要取决于靶基因及其相关信号通路。由于不同组织或器官来源的内皮细胞在转录水平存在异质性，miR-126在不同内皮细胞亚群中主要调控的靶基因及相关信号通路存在差异。在整体水平表现为敲除miR-126导致各组织或器官的病理表型存在差异，如肝脏组织主要表现为纤维化加剧，肺脏以及脑部微血管主要为钙化严重，而整体上主要为低氧应激加剧，细胞过度凋亡和血糖不耐受。评述作者Jason E. Fish认为荆清教授团队的研究工作拓展了大家对miR-126调控作用具有组织或器官特异性这一概念的认知深度。中国科学院上海营养与健康研究所的郭方浩和关亚娜为共同第一作者，荆清研究员为本文的通讯作者。上海交通大学附属新华医院心内科陈丰原教授和南京医科大学季勇教授为该研究工作提供了大力支持。该研究得到了科技部及国家自然科学基金委等项目的资助，同时也得到了中国科学院上海营养与健康研究所公共技术平台和动物平台的支持。原文链接：https://doi.org/10.1161/atvbaha.121.317093评述链接：https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/ATVBAHA.122.317400图：血管内皮细胞在胚胎期14.5天已表现出异质性且MircoRNA-126积极参与内皮细胞异质性的稳态维持

关键词：内皮细胞,miR,异质性,胚胎,器官,小鼠,水平,差异,单细胞,表现

导读： 先天性气管狭窄是一种罕见的气道阻塞性疾病，在先天性心脏病（先心病）患儿中并不少见，约占先心病患儿的1.5%左右。这些患儿早期出现反复呼吸道感染、呼吸窘迫、严重低氧血症等，严重威胁患儿生命。气管是由外层透明软骨组织、中层富含血供的结缔组织以及内层上皮组织等构成的扁圆形开放管腔，其中，外层软骨组织主要起支撑作用，以防止因呼吸运动使气管内外压强改变而引起气管塌陷或闭塞。由于气管结构的复杂性，其对外科手术治疗提出了巨大的挑战。若能在体外构建出与正常气管软骨具有相似结构和功能的软骨组织，再通过手术移植替代狭窄段气管，则有可能为长段气管狭窄的治疗提供新的解决方案。然而，气管软骨是一种皮下环境中的软骨组织，与关节软骨缺损的修复不同，皮下环境中软骨缺损的修复一直是国际性难题，其主要困境在于：将具有临床应用前景的干细胞（如骨髓间充质基质细胞）构建的软骨组织植入关节微环境时，很容易形成稳定的软骨组织，但是植入皮下微环境时，却很容易骨化或纤维化从而丧失软骨的表型和功能。其主要原因是皮下环境血管丰富，分化而来的软骨组织难以抵抗血管的入侵进而发生骨化，但是目前尚无很好的解决办法。鉴于此，国家儿童医学中心（上海）/上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心心脏中心李奋教授和张浩教授团队通过静电纺丝技术设计了一种载Axitinib的胶原/PCL纳米纤维膜，该膜能够在体内局部缓慢而持续地释放一种抗血管化药物-Axitinib，从而为干细胞诱导分化而来的软骨组织在植入皮下时创造一个类似于关节腔一样的无血管化微环境，维持其软骨组织表型的稳定。该成果以“An avascular niche created by axitinib-loaded PCL/collagen nanofibrous membrane stabilized subcutaneous chondrogenesis of mesenchymal stromal cells”为题发表在近日的《Advanced Science》上。在该工作中，研究人员首次通过材料学的方法，对细胞生活的微环境进行改造，通过静电纺丝技术设计制备了一种新型抗血管化纳米纤维膜，将骨髓间充质基质细胞诱导而来的软骨组织用该膜包裹后，能够在软骨组织周围形成一个抑制血管化的微环境，保护干细胞诱导分化而来的软骨细胞在未成熟阶段免遭血管的侵蚀。并且随着外源性抗血管化物质Axitinib的完全释放，新生的软骨组织能够在皮下环境中逐渐成熟并自身分泌足够的抗血管化物质，从而维持其长期的稳定。最后，研究人员对纳米纤维膜包裹的软骨组织进行转录组学测序，结果表明：持续释放Axitinib的纳米纤维膜在皮下环境中能够创造一个无血管、低氧、低免疫反应的微环境，在这个微环境中Timp 1的表达明显升高，而基质金属酶的活性则显著受到抑制，提示TIMP1在此过程中扮演了一个关键角色并有可能成为一个新的治疗靶点。 实验设计示意图：a）通过静电纺丝制备载Axitinib的PCL/胶原纳米纤维膜。b)构建骨髓间充质基质细胞诱导来的软骨组织。c) 将构建的软骨组织用纳米纤维膜包裹并植入裸鼠皮下。d) 体内局部环境中持续释放的Axitinib能够有效地抑制血管的生成，从而为软骨组织创造一个无血管化的微环境，稳定其表型。上海儿童医学中心心内科博士研究生冀天基，上海市小儿先天性心脏病研究所助理研究员冯蓓（兼共同通讯作者），心内科主任医师沈捷为论文共同第一作者，心内科主任医师李奋和心胸外科主任医师张浩为论文共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金以及上海市自然科学基金的支持。论文链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202100351 下载：An avascular niche created by axitinib-loaded PCL/collagen nanofibrous membrane stabilized subcutaneous chondrogenesis of mesenchymal stromal cells

关键词：软骨,环境,血管,气管,皮下,Axitinib,纳米,纤维,细胞,稳定

导读： 生物3D打印技术以其快速、精准、个性化等优点，可快速用于构建微流控系统。因为它具有自动化、低成本和高通量的特性，在组织工程领域得到了广泛应用。目前报道的纸基肿瘤模型成型后，其内部形成的致密结构往往阻碍了细胞的迁移，从而在一定程度上直接限制纸基模型中微孔通道内外细胞的相互作用。近日，哈佛大学医学院Y. Shrike Zhang教授课题组为了克服生物纸基血管化组织模型因其致密的网状结构不利于细胞迁移的问题，采用一种成本低、生物相容性良好的纳米材料-细菌纤维素 (bacterial cellulose) 水凝胶作为潜在的新型软基质，通过结合生物3D打印技术和发泡技术，构建了一种纸基可灌流微通道内嵌的多孔血管化肿瘤模型。其将聚二甲基硅氧烷 (polydimethylsiloxane，PDMS) 作为牺牲墨水并打印在细菌纤维素悬浮基质中，通过风干形成纸状膜。与之前使用的半固体凡士林-液体石蜡油墨（Nano Lett. 2019, 19, 6, 3603–3611）不同，PDMS牺牲墨水固化后，能够抵抗发泡过程中的变形，即将膜浸入硼氢化钠 (NaBH4) 水溶液中进行发泡处理，细菌纤维素基质在发泡过程中逐渐演变为多孔结构，同时PDMS微纤维形状能够完整保持。随后，通过去除PDMS牺牲墨水形成中空的可灌流微流控通道，最后将乳腺癌细胞和内皮细胞细胞分别引入周围扩张的多孔细菌纤维素基质和微通道中，实现了多孔血管化肿瘤模型的构建并用于抗癌药物的筛选，为构建低成本（装置成本不到4美分）的组织模型提供了一个新平台。图1. 3D牺牲打印和发泡技术结合制备低成本多孔纸基血管化组织模型示意图。该研究成果以“Expanding Sacrificially Printed Microfluidic Channel-Embedded Paper Devices for Construction of Volumetric Tissue Models in vitro”为题发表在期刊Biofabrication上。文章的共同第一作者为哈佛大学联合培养博士生栗洪彬和程凤。Y. Shrike Zhang教授为本文的通讯作者。论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1758-5090/abb11ehttps://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b00583

关键词：模型,发泡,细胞,生物,多孔,通道,构建,牺牲,基质,纤维素

导读： 近日，东华大学洪枫教授团队利用浓碱处理技术，使细菌纳米纤维素（Bacterial nanocellulose，BNC）小径管发生丝光化反应（Mercerization）制备了丝光化BNC管（Mercerized BNC，MBNC），成功降低了BNC管的壁厚，提升了力学性能，实现了BNC管的尺寸可调控，并通过血液、细胞和SD大鼠腹主动脉移植实验等研究详细评价了该丝光化BNC管作为小径人工血管的潜力。该成果以Mercerization of Tubular Bacterial Nanocellulose for Control of the Size and Performance of Small-caliber Vascular Grafts为题，发表于Chemical Engineering Journal上。图1. 文章设计概念图该方法利用浓碱溶液处理管状BNC材料，国际上首次实现了对管状BNC材料的尺寸控制，有效调节了BNC管的体积和壁厚。并且，该工艺具有BNC处理时间短、效率高、工序简单、简洁方便等优势。图2. 丝光化BNC管的制备和宏观形态：（A）丝光化处理过程；（B）不同浓度NaOH溶液处理后BNC管的外观；（C）丝光化处理前的BNC管；（D）内部有支撑和无支撑的MBNC管；（E）去除内部支撑后的MBNC管（包括有内部支撑和无内部支撑的MBNC管）。据世界卫生组织年度报告可知，心血管疾病（Cardiovascular diseases，CVD）已超过癌症成为人类死亡的首要疾病。目前，血管移植手术在CVD的治疗中具有重要地位，自体血管移植是该类手术的最佳选择，但是自体血管供体来源有限以及取材手术易造成二次创伤，限制了该方法的临床使用。因此，人工血管植入成为另一种治疗方式。在中大口径人工血管（内径大于等于6 mm）方面，膨体聚四氟乙烯和涤纶聚酯等合成聚合物已被广泛应用，但是当它们应用于小口径人工血管时（内径小于6 mm），却由于急性血栓形成、组织增生等问题导致远期通畅率低，致使迄今为止没有一款小口径人工血管市售产品。因此，具有长期畅通率的小口径人工血管的制备依旧是是目前研究的重点和难点。BNC由于独特的纳米级三维网络结构、形态可控性以及良好生物相容性，被认为在小口径人工血管领域具有优良的应用潜力。但是BNC高含水时的机械性能弱、缺乏顺应性，以及过厚的管壁不利于手术缝合，限制了应用。因此，管状BNC性能的提高对改善其作为小口径人工血管的移植效果具有重要意义。针对以上问题，东华大学洪枫教授团队设计开发了一种碱缩细菌纳米纤维素管的制备技术（发明专利CN109880140A和CN109912828A），通过将BNC管浸入到浓碱溶液中并加以内部支撑，调节浓碱处理的时间和温度来调控BNC管的壁厚和尺寸，制备出丝光化BNC管，以改善BNC管的力学性能和管壁过厚的情况。在最近的报道中，研究人员通过此技术调节了BNC管的尺寸，缩小了BNC管的壁厚，调控了BNC管的纤维结构。研究表明，当碱浓度高于10%时，MBNC的结晶度发生明显的降低，纤维形态发生缠结；纤维直径统计结果显示，丝光化后MBNC管的纤维直径明显变粗；原子力显微镜结果表明MBNC管具有更光滑的内腔表面（图3）。图3. （A）不同MBNC管内表面与外表面的FE-SEM图和纤维分布（黄色虚线框内的放大倍数为20000倍）；（B）不同MBNC管内表面的AFM图。图4为浓碱处理后BNC管的理化性能。除纤维结构发生改变外，浓碱处理后的BNC仍为纯纤维素，但是其结晶度明显下降；MBNC管较BNC管具有更高的杨氏模量、径向拉力和爆破压，以及更低的水渗透率，力学性能明显提高，且14天内无明显变化，十分稳定。图4. 原始BNC和MBNC管的理化性能：（A）结晶度；（B）红外光谱；（C）氮气吸附-解吸曲线；（D）应力-应变曲线。原始BNC和MBNC导管在PBS溶液中第1天和第14天的机械性能：（E）轴向杨氏模量；（F）径向拉伸强度；（G）爆破压；（H）水渗透量；（I）缝合强力。* p0.05；** p0.01；#p0.05。由于MBNC管比表面积的降低和内腔粗糙度的下降，MBNC管的蛋白吸附量明显减少，血小板粘附量明显减少；与市售的中大口径ePTFE血管相比，血浆复钙时间得以延长，血液相容性明显提高。除此以外，通过活细胞荧光染色和电镜观察可知，MBNC管具有良好的内皮细胞相容性（图5）。图5. （A）蛋白质吸附实验；（B）溶血率；（C）血浆复钙动力曲线；（D）全血凝固时间测定；（E）原始BNC管和MBNC管上的血小板粘附情况；（F）培养1、3和5天后，管腔表面上HUVEC的荧光照片；（G）培养1、3和5天后管腔表面HUVEC的FE-SEM图（放大倍率为1000倍）。** p0.01。该研究利用SD大鼠腹主动脉移植实验对MBNC-20管的远期通畅率进行评估，多普勒彩超结果表明（图6A），在血管移植16周后移植部位的血流通畅，证明MBNC管具有较好的远期通畅性；免疫荧光染色结果表明，MBNC-20管的内壁形成了完整的内皮层（CD31，红色，图6B）且管腔内表面有平滑肌层生成（α-SMA，绿色，图6B），同时MBNC-20的H&E染色和Masson染色结果（图6C）也印证了免疫荧光染色的结果。以上结果均表明MBNC管在小口径人工血管领域具有良好的应用前景。图6. （A）MBNC-20管植入后1-16周后的多普勒彩超分析；MBNC-20植入5个月后的切片观察：（B）免疫荧光染色（CD31：红色；α-SMA：绿色）、（C）Masson染色和（D）H&E染色（a1-d1中虚线框位置的放大图依次展示在a2-d2和a3-d3中)。论文第一作者为东华大学化学化工与生物工程学院博士生胡高铨，通讯作者为细菌纳米纤维制造及复合技术科研基地的洪枫教授。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和东华大学博士研究生创新基金的资助。全文下载链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131104该研究团队长期从事细菌纤维素的低成本高效制备及其高附加值医学应用研究（https://www.researchgate.net/profile/Feng_Hong2），包括在细菌纤维素基小口径人工血管、神经导管、止血海绵、新型功能敷料等生物医学领域开展了大量工作。该团队在BNC基小口径人工血管研究领域已展开广泛的研究并取得了一系列成果，在国际上首次提出并构建了“双硅胶管”生物反应器用于高效生产一体化管状BNC材料1，评估了不同培养条件对BNC管的结构和性能的影响2，并详细比较了国内外三种生物反应器所得BNC管的结构和性能差异3；该团队分别在力学性能、抗凝特性和生物活性等方面对BNC管进行改进，制备了BNC/PVA4，5、肝素化BNC/壳聚糖6，7、BNC/明胶8等一系列复合管，提升了BNC应用于小口径人工血管的潜力。除以上成果外，该团队还率先在国际上评价了风干细菌纤维素小径管在兔颈动脉模型中的替换应用情况9；利用液体施压技术制备了负载丝素蛋白纳米颗粒的BNC复合管，提升了BNC管的抗凝特性，促进了内皮细胞的增殖，抑制了平滑肌细胞的生长10。参考文献：1. Preliminary study on biosynthesis of bacterial nanocellulose tubes in a novel double-silicone-tube bioreactor for potential vascular prosthesis. BioMed Research International, 2015, 2015, 560365.2. Comparison of two types of bioreactors for synthesis of bacterial nanocellulose tubes as potential medical prostheses including artificial blood vessels. Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 2017, 92, 1218-1228.3. Physicochemical properties and in vitro biocompatibility of three bacterial nanocellulose conduits for blood vessel applications. Carbohydrate Polymers, 2020, 239, 116246.4. Potential of PVA-doped bacterial nano-cellulose tubular composites for artificial blood vessels. Journal of Materials Chemistry B, 2015, 3, 8537-8547.5. 细菌纳米纤维素/聚乙烯醇小径人工血管的制备及其表征. 中国组织工程研究, 2017, 21(34), 5474-5480.6. Performance improvements of the BNC tubes from unique double-silicone-tube bioreactors by introducing chitosan and heparin for application as small-diameter artificial blood vessels. Carbohydrate Polymers, 2017, 178, 394-405.7. 细菌纳米纤维素/壳聚糖复合管制备及其作为小径人工血管潜力的评价. 中国组织工程研究，2017，21(34), 5467-5473.8. 肝素/鱼源明胶改性细菌纳米纤维素管用于小口径人工血管的潜力. 纤维素科学与技术, 2019, 27(2), 1-10.9. Implantation of air-dried bacterial nanocellulose conduits in a small-caliber vascular prosthesis rabbit model. Materials Science & Engineering C, 2021, 122, 11192210. Improved performance of bacterial nanocellulose conduits by the introduction of silk fibroin nanoparticles and heparin for small-caliber vascular graft applications. Biomacromolecules, 2021, 22(2), 353-364.

关键词：BNC,MBNC,血管,人工,小口径,制备,纤维素,细菌,染色,丝光

导读： 近日，首都医科大学公共卫生学院孙志伟教授团队在自由基生物与医学领域国际权威期刊《Redox Biology》上发表题为“The mitochondria-targeted antioxidant MitoQ attenuated PM2.5-induced vascular fibrosis via regulating mitophagy” 的论文。该研究揭示了PM2.5通过激活mtROS/PINK1/Parkin线粒体自噬信号通路引发血管平滑肌细胞表型转化，导致血管纤维化；而线粒体靶向抗氧化剂MitoQ对PM2.5诱发的血管损伤具有保护作用。公卫学院博士研究生宁瑞虹为第一作者，孙志伟教授和段军超教授为共同通讯作者。 大气污染是全球性公共卫生问题，全球92%的人口受到大气细颗粒物（PM2.5）污染的影响。PM2.5可引起以心血管疾病为主的多种疾病，但确切生物学机制尚不十分清楚。课题组针对PM2.5如何导致心血管疾病及如何有效干预开展相关研究工作。氧化应激是颗粒物影响心血管健康的主要机制之一，而线粒体是引起动脉硬化病变的关键分子活性氧的主要来源，课题组前期研究发现线粒体是PM2.5的敏感靶标。此外，有报道提示MitoQ干预对线粒体氧化应激相关疾病具有保护作用，但其是否能减轻PM2.5致心血管毒性尚不清楚。 课题组首先研究了野生型C57BL/6J小鼠短期暴露于PM2.5后对动脉血管的损伤程度，结果发现，PM2.5暴露组小鼠动脉中层出现增厚、胶原沉积、血管弹性受损，血管平滑肌细胞由收缩型向合成型转化，引起血管纤维化，而MitoQ干预可显著缓解PM2.5引发的血管病变；进一步，在C57BL/6J小鼠和人主动脉血管平滑肌细胞（HAVSMCs）模型中，同时证实了PM2.5引起平滑肌细胞线粒体活性氧（mtROS）水平升高和超氧化物歧化酶2（SOD2）活性下降，并激活mtROS/PINK1/Parkin线粒体自噬信号通路；接下来，采用HAVSMCs进一步深入探索MitoQ对PM2.5致血管损伤的保护机制，结果表明：MitoQ可通过降低mtROS水平和增加SOD2活性缓解PM2.5暴露造成的氧化还原稳态失衡；通过升高线粒体膜电位水平、修复线粒体融合/分裂动力学失衡和降低钙离子水平，减轻了PM2.5引起的平滑肌细胞线粒体自噬和线粒体功能障碍；并且发现MitoQ可调控PINK1介导的线粒体自噬从而抑制了HAVSMCs由收缩型向合成型转化的病理过程，进而发挥了对PM2.5致血管纤维化的保护作用。 PM2.5致血管纤维化作用及mitoQ的保护机制 上述研究表明，PM2.5暴露引起的血管纤维化可被线粒体靶向抗氧化剂MitoQ显著改善，该研究为大气污染所致心血管疾病防治提供了新思路。 该研究受国家重点研发计划大气专项（2017YFC0211600）、国家自然科学基金重大研究计划集成项目（91943301，92043301）等项目资助。 孙志伟，公共卫生学院教授、博士生导师，主要从事大气污染健康效应和颗粒物毒性机制的环境毒理学及环境流行病学研究工作。现任环境毒理学北京市重点实验室主任，兼任中国毒理学会呼吸毒理专委会主任委员、中国毒理学会遗传毒理专委会和纳米毒理专委会副主任委员、中国医疗保健国际交流促进会公共卫生与预防医学分会副主任委员、教育部公共卫生教学指导委员会委员等。先后承担国家重点研发计划、中英重大国际合作项目、国家自然科学基金重点项目等课题20余项，在《Autophagy》《Redox Biol》 《J Hazard Mater》《 Part Fibre Toxicol》《Environ Int》等杂志发表SCI论文200余篇，主编副主编教材专著10余部。荣获卫生部突出贡献中青年专家等荣誉称号。 段军超，公共卫生学院教授、博士生导师，主要从事颗粒物毒理学及环境毒理学相关研究工作。兼任中华预防医学会卫生毒理分会青委会副主任委员、中国毒理学会表观遗传毒理学专委会委员、中国医疗保健国际交流促进会公共卫生与预防医学分会委员等。主持国家及省部级课题10余项，以第一作者或通讯作者在《Biomaterials》《J Pineal Res》《Redox Biol》等期刊发表论文61篇。荣获中国毒理学会优秀青年科技奖、中国毒理学会联合利华毒理学替代法创新奖。 window._bd_share_config={"common":{"bdSnsKey":{},"bdText":"","bdMini":"2","bdMiniList":false,"bdPic":"","bdStyle":"0","bdSize":"32"},"share":{}};with(document)0[(getElementsByTagName('head')[0]||body).appendChild(createElement('script')).src='https://bdimg.share.baidu.com/static/api/js/share.js?v=89860593.js?cdnversion='+~(-new Date()/36e5)];分享：

关键词：PM2,线粒体,血管,毒理学,MitoQ,公共卫生,保护,平滑肌,心血管,机制

导读： 近日，Cell Discovery在线发表了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）周斌研究组的最新研究成果（Sca1 marks a reserve endothelial progenitor population that preferentially expand after injury）。该研究发现Sca1+血管内皮祖细胞在疾病状态下形成更多血管内皮细胞的潜能，明确了Sca1+内皮祖细胞在心血管疾病模型中的作用，为临床应用研究奠定了重要的理论基础。血管结构和功能的改变会引起血管壁弹性下降、管腔狭窄等病理改变，从而引起冠心病、高血压等心血管疾病。血管内皮细胞是构成血管壁组织及维持血管张力的重要细胞成分，它的正常更新对维持组织稳态和损伤修复具有重要意义。因此，揭示血管内皮细胞的异质性可以为血管疾病的预防和靶向治疗提供重要的理论基础。前期研究表明，Sca1+心脏干细胞不能转分化成心肌细胞，而Sca1+PDGFRa+的血管干细胞在严重损伤模型下可以转分化为血管平滑肌细胞。体外细胞和移植实验表明，Sca1+作为血管干细胞可以通过增殖、分化转变为血管内皮细胞，但缺乏体内的直接证据。Sca1+内皮祖细胞是否能贡献到新生内皮细胞有待于进一步研究。为了系统地剖析成体Sca1+内皮祖细胞在正常生理和损伤情况下的命运变化，科研人员建立了特异性标记Sca1+血管内皮细胞的谱系示踪系统，抗雌激素药物他莫昔芬（tamoxifen）诱导处理后，检测发现Sca1-2A-CreER;R26-GFP小鼠可以特异地标记部分血管内皮细胞。利用这个特异性的小鼠，研究人员分别在生理情况、心脏主动脉狭窄诱导纤维化及股动脉损伤模型下检测了Sca1+内皮祖细胞的分化潜能。对8周Sca1-2A-CreER;R26-GFP小鼠注射tamoxifen，收集注射后12-16周小鼠心脏样本，检测发现稳态心脏中Sca1+内皮细胞比率并未发生变化，说明在稳态情况下Sca1+内皮祖细胞与Sca1-内皮细胞有一样的增殖效率。进一步实验中，研究人员在tamoxifen诱导的Sca1-2A-CreER;R26-GFP小鼠中分别构建了主动脉缩窄诱导纤维化和股动脉损伤模型，发现相对于Sca1-内皮细胞，Sca1+内皮祖细胞可以贡献更多血管内皮细胞。结果说明，成体Sca1+内皮祖细胞在损伤应激的情况下具有更强的增殖能力并形成更多的血管内皮细胞的潜能，从而通过血管新生促进组织的损伤修复。研究工作得到中科院、国家自然科学基金委员会、科学技术部、上海市科学技术委员会等的支持，并获得复旦大学附属中山医院及分子细胞卓越中心动物平台和细胞平台的支持。论文链接 Sca1+内皮祖细胞在主动脉狭窄诱导纤维化模型。（a）以及股动脉损伤模型、（b）中能分化为内皮细胞

关键词：Sca1,血管,内皮细胞,祖细胞,内皮,损伤,细胞,模型,小鼠,诱导

导读： 自2019年12月新冠疫情爆发以来，全球累计感染人数超过2.35亿，死亡人数超过480万。尽管目前各类疫苗已实现大面积的推广接种，但依旧没能阻止新冠疫情的此起彼伏。更为严峻的是，随着疫情的发展，新冠病毒也在持续变异，目前在欧洲，北美及亚洲等地区90%的主要流行株均为Delta（德尔塔）毒株，近期南京、扬州、福建和哈尔滨爆发的新冠疫情也正是由德尔塔毒株感染所致。截至目前，临床尚无相关的特效药物，而前期研发的大部分抗体药对德尔塔毒株均失去了抗病毒活性，因此，新型抗体药物亟待研发。另一方面，新冠病毒感染主要集中在肺部和鼻咽部，常规抗体通过静脉给药，只有0.2%能抵达肺部，基本上到不了鼻咽部；正因如此，目前临床应用抗体药物治疗新冠时需要的剂量很大，而即便如此，临床疗效依旧不显著，所以，新的给药手段有待尝试。借鉴于前期针对病毒感染的高通量纳米抗体研发（Xilin Wu, et al., JCI Insight, 2020）和单基因双靶向抗体研发（Xilin Wu, et al., JCI, 2018）的工作基础，吴稚伟教授团队研发了一种新型的双靶向纳米抗体Nb15，该纳米抗体能高效的抑制Alpha、Epsilon、Delta（德尔塔）等新冠流行株，同时还能抑制94.7%（18/19）的单点突变株，平均IC50低至0.8 ng/ml（10 pM）。实验结果显示，Nb15具有高效广谱的抗新冠病毒效果，其IC50值在目前已发表的新冠抗体中排在前列。同时，为了进一步提升Nb15的广谱性和体内的半衰期，吴稚伟教授团队构建了一种新型双靶向纳米抗体Nb15-NbH-Nb15，该抗体具备了纳米抗体独有的热稳定性，70 oC一个小时活性依旧保留100%活性，另外Nb15-NbH-Nb15具有高效广谱抗新冠病毒（包括德尔塔毒株）的活性。为了验证该新型双靶向纳米是否能治疗新冠病毒感染，我们应用小鼠进行了体内实验，结果显示，Nb15-NbH-Nb15经吸入式给药后能显著抑制hACE2人源化小鼠感染新冠病毒。该项目的完成有望为抗击新冠感染提供一种便携式、低成本的吸入式纳米抗体新型药物，对于目前在全球范围内肆虐的德尔塔病毒在疫苗接种后出现的突破性感染的治疗具有重要的临床意义。 图1 双靶向纳米的构建及鉴定该项目有以下亮点：1）完成新型三聚体双靶向纳米抗体NbX1-NbH-NbX2 （Nb15-NbH-Nb15）的研发，为纳米抗体提供了一种新的构建形式。2）Nb15-NbH-Nb15能提高Nb15的抗病毒活性，同时还能大大延长纳米抗体体内半衰期。3）Nb15-NbH-Nb15 能高效中和包括德尔塔在内的新冠病毒感染， IC50为pM级，与已报道的最好中和抗体的抗病毒活性相当。4）通过吸入式给药，Nb15-NbH-Nb15能高效预防或治疗新冠病毒感染hACE2小鼠。图2 吸入式新型双靶向纳米抗体研发示意图上述研究以“A potent bispecific nanobody protects hACE2 mice against SARS-CoV-2 infection via intranasal administration”为题于2021年10月5日发表在Cell Reports (Cell 子刊)（https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(21)01336-X）。南京大学医学院吴喜林特任副研究员、武汉病毒所付明博士等为该论文第一作者，南京大学医学院吴稚伟教授和中科院武汉病毒所刘雅兰副研究员为本文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、“十三五传染病重大专项“基金、江苏省六大人才高峰、江苏省双创博士等项目的支持。

关键词：抗体,Nb15,新冠,纳米,NbH,新型,研发,病毒,德尔塔,靶向