本研究由Verena Kronberger（德国维尔茨堡大学功能材料与医学研究所）与Shouyuan Jiang（悉尼大学医学与健康学院）作为共同第一作者完成，通讯作者为Khoon S. Lim、Tomasz Jungst与Anna Waterhouse。论文发表于Advanced NanoBiomed Research，2025年9月14日在线发表，DOI为10.1002/anbr.202500153。

心血管疾病是全球范围内导致死亡的主要原因之一，动脉粥样硬化是其核心病理基础。对于冠状动脉严重阻塞的患者，旁路移植手术是重要的治疗手段，但目前小口径血管移植物（直径小于6毫米）仍缺乏理想的合成材料。自体血管来源有限且获取成本高，而膨体聚四氟乙烯（expanded polytetrafluoroethylene, ePTFE）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（Dacron）等合成材料在小口径应用中因血液相容性差、易发生血栓和再狭窄而效果不佳。已有肝素涂层ePTFE的临床试验显示一年通畅率与普通ePTFE无显著差异，说明单纯表面涂层策略难以解决根本问题。因此，开发兼具抗血栓性能与促内皮化能力的现成型（off-the-shelf）小口径血管移植物具有迫切需求。

该研究的核心思路是将聚乙烯醇甲基丙烯酸酯（polyvinyl alcohol methacrylate, PVA-MA）水凝胶与熔体电写（melt-electrowriting, MEW）聚己内酯（polycaprolactone, PCL）纤维支架复合，构建一种可独立调控生物学与力学性能的混合血管移植物平台。PVA-MA水凝胶作为细胞外基质模拟物提供细胞黏附与生长的微环境，MEW支架提供力学增强和结构完整性。为了克服PVA-MA本身的生物惰性，研究者通过共聚引入甲基丙烯酰化肝素（heparin-methacrylate, Hep-MA）和甲基丙烯酰化明胶（gelatin-methacrylate, Gel-MA），分别赋予材料抗凝血和促内皮化的功能。

研究首先对10%（wt/v）PVA-MA水凝胶的光交联参数进行了系统优化，包括光源距离、曝光时间和光引发剂钌/过硫酸钠（Ru/SPS）浓度。通过产物机械稳定性评估发现，距离光源1厘米、曝光180秒以及0.¹⁄₅ mM Ru/SPS条件可获得最佳的可操作性和力学完整性。溶胶分数、溶胀率、储能模量和杨氏模量等表征进一步确认了该条件的交联效率。增加Ru浓度至0.25 mM以上会导致自由基终止反应增加，交联效率显著下降。随后，研究比较了四种水凝胶配方：P10（10% PVA-MA）、P10-G5（加入5% Gel-MA）、P10-H0.5（加入0.5% Hep-MA）和P10-G5-H0.5（同时加入两种功能单体）。结果显示，Gel-MA的加入显著降低了溶胶分数和溶胀率，并提高了储能模量和杨氏模量，表明Gel-MA不仅未干扰交联反而增强了网络密度，这可能与其提供了额外的甲基丙烯酰基团以及明胶链的物理凝胶化特性有关。

在血液相容性评价中，研究采用混合人血小板贫乏血浆（platelet-poor plasma, PPP）的凝固时间测定。结果显示P10的凝血时间与疏水性聚苯乙烯相当，而添加0.5% Hep-MA后凝血时间延长了8倍，证明低剂量肝素在共聚后仍保留强效抗凝活性。Gel-MA未显著加快凝血时间，且Hep-MA的抗凝作用在P10-G5-H0.5组合中依然保持。MEW支架的存在对水凝胶的血液相互作用没有显著影响。在静态全血接触实验中，不锈钢阳性对照在15分钟内即出现明显的纤维蛋白网络形成，60分钟时覆盖率达92.4%；P10基础材料纤维蛋白沉积较低，但P10-G5表现出随时间显著增加的纤维蛋白形成趋势，提示Gel-MA可能通过其RGD基序激活血小板或补体凝血途径而具有促血栓倾向。加入0.5% Hep-MA后，P10-G5-H0.5的纤维蛋白覆盖显著低于P10-G5。在模拟冠脉血流速的改良Chandler环流动实验中，不锈钢12个样本中有9个形成血凝块，P10-G5为血栓形成率最高的水凝胶组，而含Hep-MA的两组仅各有2个样本出现凝块，进一步验证了低剂量肝素在动态条件下的抗血栓效果。

在内皮细胞相互作用方面，人冠状动脉内皮细胞（human coronary artery endothelial cells, HCAECs）的黏附实验显示，P10基础材料因生物惰性几乎不支持细胞黏附，而含Gel-MA的P10-G5和P10-G5-H0.5的细胞黏附数分别较P10提高10倍和14.6倍。增殖实验中，P10-G5和P10-G5-H0.5在第3天和第6天的细胞数量与组织培养塑料阳性对照相当，且细胞增殖速率显著高于P10。Hep-MA单独也能一定程度促进细胞增殖，可能与其结合血管内皮生长因子并增强信号传导有关。共聚焦显微镜观察表明，P10上细胞呈圆形并形成团簇，而含Gel-MA的样品上细胞铺展良好、分布均匀。三维培养验证中，将HCAECs接种于P10-G5-H0.5管状支架的管腔面培养3天后，管腔表面和截面均观察到融合的内皮细胞层，证明该复合支架具有支持内皮层形成的潜力。

该研究的主要结论是：PVA-MA水凝胶与MEW支架的复合平台可为小口径血管移植物提供力学支撑与生物功能化的独立调控能力。0.5% Hep-MA在共聚网络中足以显著延长凝血时间、减少纤维蛋白沉积并抑制流动条件下的血栓形成；5% Gel-MA可有效促进内皮细胞黏附、铺展与增殖。两者的组合P10-G5-H0.5实现了抗血栓与促内皮化的协同，并在三维管状结构中支持形成融合内皮层。

该研究的科学价值在于证实了甲基丙烯酰化策略能够在光聚合过程中保留肝素和明胶的生物功能，且二者的功能在复合水凝胶体系中可协同发挥而不互相抵消。与已有仅使用水凝胶或仅使用纤维支架的研究相比，该平台首次将可光聚合PVA-MA基质、双重生物功能化和MEW结构增强整合为一个模块化系统，为后续力学性能优化和体内验证奠定了基础。

该研究的应用价值体现在为小口径血管移植物的开发提供了一种具有规模化潜力的现成方案。PVA-MA水凝胶本身成本较低且来源稳定，MEW技术可精确控制纤维排列和孔径，整体制造流程具备可扩展性。此外，低剂量肝素的抗凝策略避免了高剂量肝素带来的出血风险，而Gel-MA的促内皮化作用有望促进移植物管腔的长期通畅。

该研究的亮点可概括为：第一，通过共聚而非表面涂层的方式将肝素和明胶整合到PVA-MA网络中，避免了涂层脱落和功能随时间衰减的问题；第二，系统比较了单一功能化与双重功能化对血液相容性和细胞相容性的差异影响，揭示了Gel-MA的促血栓风险和Hep-MA对其的抵消作用；第三，在静态和动态（流动）条件下均进行了血液相容性验证，提高了结果向体内转化的可信度；第四，在二维和三维培养条件下均评估了内皮细胞行为，为移植物管腔内皮化提供了直接证据。

研究团队还指出，未来的工作将集中于优化水凝胶微结构以支持细胞浸润和组织整合，同时需要系统表征MEW/水凝胶复合支架的顺应性、爆破压力、缝合保持强度和降解行为，并通过体内模型验证长期功能。该研究作为概念验证，为下一代现成型小口径血管移植物提供了重要的材料学与生物学基础。