一、研究背景

合成血管在临床上用于心血管疾病或血液透析的血管桥接，根据血管状况，自体血管是一种选择。然而，由于从大直径（≥6mm）到小直径（< 6mm）血管的移植物供应不足，人工血管移植比自体血管移植更常用。然而，血管移植存在一些缺陷，包括内膜快速增生、狭窄闭塞、动脉瘤形成和血栓形成，这些缺陷通常源于维持移植物管状结构的挑战，导致血液循环受损。这些情况在血管移植手术后会造成严重的风险，促使大量的研究来解决这些问题。上述问题往往与机械性能不足有关，如机械强度和抗扭结能力。Zhi等人开发了一种预先填充自体细胞的机械强化生物管。通畅性好，无副作用，血管再生效果好。同样，Tillman等人证明了具有结构完整性的生物工程血管移植物可以承受血流动力学，并且在机械刺激环境中耐用。提高人工血管移植物的力学性能是促进组织再生的关键。

利用静电纺丝设备纺丝是一种用于组织工程的制备仿生纤维支架的通用技术。许多研究探索了新的制造方法和先进纤维结构的创新设计。静电纺丝纤维模拟细胞外基质（ECM）结构，为细胞提供与天然组织相似的环境。此外，这项技术产生了一个3D网络，支持细胞粘附和细胞间通信。它还可以通过控制先进纤维支架的力学特性来促进其增殖、引导细胞方向和分化。

在这项研究中，利用改进的ES设置来开发具有排列和随机取向的多尺度纤维的超柔性FTS。为了制备血管移植物，选择了fda批准的聚己内酯（PCL）和丝素蛋白，因为它们具有良好的力学性能和生物相容性。新FTS的地形特征是通过使用一个改进的集电极来设计的，该集电极允许排列和随机取向的光纤交叉。通过涂覆改性集电极，可使FTS的内表面光滑。多尺度纤维的形成与加工过程中的湿度和温度有关，这是提高纤维力学性能的关键因素。在高湿条件下制备的PCL/丝绸纤维管状支架（PSFTS-HH）在保持其形状和抗扭结方面表现出优于在低湿条件下制备的PCL/丝绸纤维管状支架（PSFTS-LH）的性能。此外，我们观察到设计的血管移植物的机械性能在体内结果上有显著改善。

二、摘要

纤维管支架（FTS）具有作为血管移植的潜力；但其力学性能不足，阻碍了其临床应用。血管移植物的机械性能不足会导致一些严重的副作用，如内膜增生、管腔扩张和血栓形成。在这项研究中，我们开发了一种由多尺度纤维组成的新型纤维管支架，以确保优越的机械性能。我们的新方法涉及一步制造方法，可以通过改进的静电纺丝装置制造具有地形特征的超柔性纤维管支架（SF-FTS）。研究了制备过程中湿度和温度对多尺度纤维形成的影响。结果表明，多尺度纤维和地形特征的加入显著提高了FTS的力学性能。通过抗扭结试验、压缩试验和体内实验证实了SF-FTS的力学优势。此外，我们还探讨了多尺度纤维与人脐静脉内皮细胞（HUVECs）行为之间的相互作用。我们的研究结果提出了一种制造具有先进机械性能的FTS的新策略，并且设计的SF-FTS有望成为临床应用的潜在候选材料。

三、结论

本研究报告了在可控环境下利用改良的静电纺丝装置制备超柔性PCL/silk纤维管状支架的方法。我们成功开发了具有多尺度纤维的PSFTS-HH，具有优异的机械性能。我们发现多尺度纤维可以在特定的环境中制造，并且它们也具有地形特征。PSFTS-HH中多尺度纤维的存在提供了极好的灵活性和形状稳定性。这些突出的特征在体内的分化结果中得到了证明。植入后，PSFTS-HH完全维持了管状结构，比PSFTS-LH更有效地促进了组织再生。PSFTS-HH被认为是克服血管移植物在临床应用中的机械局限性的合适人选。此外，PSFTS-HH的地形线索诱导细胞伸长和排列以及结构效应。这一新发现为制造具有超柔韧性和促进组织再生的先进纤维管支架提供了一种先进的静电纺丝方法，为血管移植提供了一种实用的解决方案。

图1.(a)带有改良集电极的静电纺丝装置示意图。(b)通过照片、SEM图像以及PSFTS-HH、PSFTS-LH和PSFTS-HHs的插图对样品进行形貌和特征比较。(c) PSFTS-HH和PSFTS-LH的照片、原理图和SEM图像，以显示区分字符。(d)纤维疵点图像取决于是否采用LDPE薄膜工艺。（比例尺= 1mm） (e)线圈间距优化；扫描电镜图像和照片。（红星表示线圈位置，比例尺= 200 μm）。

图2.利用绕线线圈集热器形成具有定向和电场的微/纳米纤维。(a)绕线线圈集热器示意图。（a1）具有地形线索的微尺寸纤维的扫描电镜和假彩色图像。（a2）纳米纤维的SEM和伪彩色图像。伪彩色图像是基于扫描电镜图像。(b)绕线线圈集热器的电场分布模拟。（c, d）电场强度随与线圈集电极距离的变化。(e)静电纺丝过程中的电场线。(f)带有电场线的线圈集热器上的放大图像。

图3.(a) PSFTS-HH和PSFTS-LH的内外侧SEM图像和(b)纤维直径分布图。（c, d） psfs - hh上多尺度纤维形成示意图。(e) PSFTS-HH的SEM横截面图像。(f)显示线圈之间的扫描电镜图像。扫描电镜图像显示(g)沉积在缠绕线圈上的微尺寸纤维和(h)沉积在线圈之间的纳米/纳米纤维。