一、研究背景

全球每年进行的心脏瓣膜置换手术超过20万例，预计到2050年将增加到85万例。当心脏瓣膜有缺陷、变窄或有病变导致心脏功能异常和心力衰竭时，需要进行心脏瓣膜置换术。

在临床心脏瓣膜置换术中，生物瓣膜和机械瓣膜是最常见的假体。尽管机械瓣膜具有终身耐用性，但患者在心脏瓣膜置换术后需要承担相当大的术中及术后出血风险，并定期服用维生素K拮抗剂。与机械瓣膜相比，生物瓣膜的血栓形成率较低，有助于患者进行不必要的终身抗凝治疗。然而，植入心脏瓣膜的结构性心脏瓣膜恶化（SVD）可能在手术后10至15年出现，这在年轻、低风险、预期寿命长的患者中尤其值得关注。因此，生物瓣膜的耐久性有限，导致长期重复心脏瓣膜置换术。这些都给患者带来了极大的危害和风险，因此具有生长特性的组织工程心脏瓣膜（TEHV）得到了广泛的研究。

组织工程有两种方法：将体外的自体或异体细胞分离并植入生物可吸收支架上，然后在生物反应器系统中培养，直到新的复合支架获得足够的机械弹性和强度以供植入；同种异体或异种移植材料脱细胞后植入，使细胞生长并重塑细胞外基质（ECM）。脱细胞心脏瓣膜膜（Decellular heart valve membrane， DHV）是组织工程心脏瓣膜中最常用的支撑材料之一，由于其天然的生物活性成分，维持了细胞外基质复杂的三维结构，作为一种独立的植入物，具有体内再细胞化的能力，具有良好的临床应用价值。从天然组织和器官中提取的生物支架在临床前动物研究和临床研究中用于心脏病的再生医学。通常，脱细胞异种基质包括用清洁剂或酶处理猪或牛组织，完全去除任何细胞，使其在ECM中保持纤维取向，使其无免疫原性，随后在体内或体外用自体细胞重新填充。猪心脏瓣膜是生物支架的一种。猪心脏瓣膜的小叶具有高度的各向异性，其径向弹性几乎是周向弹性的4倍。如以往报道所示，猪心脏瓣膜是一个重要的研究对象。如Dai等人将可降解聚乙二醇（PEG）水凝胶与去细胞化的猪主动脉瓣膜结合，制备复合支架，促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）向心瓣膜间质样细胞分化。然而，脱细胞猪瓣膜仍存在硬化难、加工难度大等问题。

静电纺丝设备技术通过模拟细胞外基质，为细胞提供更多的结合位点，具有强大的能力，可以在纳米尺度上制造具有高表面积的聚合物纤维网络。在这方面，Del Gaudio等人报道了柔性电纺丝PCL支架用于儿科患者的tev。众所周知，电纺丝支架与天然瓣膜一样具有天然的细胞外基质，在组织工程中得到了广泛的应用，在一定程度上避免了传统戊二醛处理心脏瓣膜造成的钙化问题。另一方面，电纺丝支架的力学性能与天然阀门相当，可以解决水凝胶作为支架导致的机械支撑不足的问题。因此，聚乳酸电纺丝支架可用于骨、软骨、血管、神经、肝脏、肾脏基质和药物递送等应用。综上所述，静电纺丝膜可以为脱细胞心脏瓣膜提供一定的机械支撑，是一种理想的组织工程材料。然而，由于静电纺丝一般是由疏水聚合物组成的纤维膜，其亲水性较差。因此，脱细胞猪阀复合静电纺膜试图解决机械问题，并获得良好的亲水性。

夹层结构增强了细胞瓣和高分子材料的排水能力，以及它们的整体机械质量。脱细胞皮瓣亲水性好，力学性能弱；然而，过度的亲水性不利于支架在生理流体环境下的长期支撑，机械弱点暴露于血流时会导致塌陷。为了解决疏水问题，创建了一个三明治结构，以提高聚合物的强疏水性，同时也增加了脱细胞皮瓣的亲水性，从而产生一个用于细胞粘附的初始疏水表面。随后，在脱细胞皮瓣周围进行营养交换和废物转移，形成完整的组织，当PLA降解时，形成具有组织结构的组织工程皮瓣。为了提高脱细胞皮瓣的机械强度，其机械强度较弱，难以维持在直线状态，采用复合PLA静电纺丝膜，增强夹层结构复合皮瓣支架的整体机械强度，使其在血流作用下保持直立。因此，多孔阀复合多囊酸的夹层结构对其力学特性和排水能力的影响是本工作的突破之一。

本研究以聚乳酸和脱细胞复合心脏瓣膜为原料，采用静电纺丝工艺制备三明治结构静电纺丝支架（图1）。一方面，脱细胞心脏瓣膜具有类似天然ECM的纳米纤维结构，对细胞行为产生了极为积极的影响。另一方面，脱细胞心脏瓣膜在中间提供了一个机械支撑层。此外，表面的聚乳酸静电纺丝膜改善了聚乳酸夹层结构静电纺丝支架（pse）的力学性能和相容性。支架的理化性质、细胞活力和人脐静脉内皮细胞（HUVECs）的行为表明，pse具有一定的力学性能，如强度、柔韧性和良好的生物相容性，验证了其作为生物瓣膜支架的潜力。

二、摘要

提高脱细胞心脏瓣膜的力学性能和细胞相容性是促进生物心脏瓣膜应用的关键。为了进一步提高静电纺丝的力学性能，将静电纺丝和无纺布加工相结合，制备了聚乳酸(PLA)/去细胞心脏瓣膜纳米纤维增强夹层结构静电纺丝支架。从脱细胞心脏瓣膜的形态、力学性能、柔软性和生物相容性等方面研究了静电纺丝时间对脱细胞心脏瓣膜性能的影响。力学试验结果表明，与纯脱细胞心脏瓣膜相比，当静电纺丝时间超过2 h时，复合心脏瓣膜的力学性能得到明显改善，抗拉强度提高108%，拉伸应变提高571%，并且在此时间内，复合心脏瓣膜对人脐静脉内皮细胞的增殖行为有一定的促进作用。本研究为组织心脏瓣膜再内皮化奠定了基础，为类器官的形成奠定了基础。

三、结论

本研究以脱细胞心脏瓣膜和聚乳酸为原料，采用静电纺丝设备制备三明治状静电纺丝支架。结果表明，静电纺丝时间的变化对脱细胞猪心脏瓣膜表面的理化特性影响不大。通过改变静电纺丝时间，可以调节静电纺丝支架的厚度。静电纺丝时间越长，心脏瓣膜支架的强度和拉伸应变越大，支架刚度越大。当静电纺丝时间过长时，心脏瓣膜支架的刚度也会明显增加。综上所述，静电纺丝2 h可制备出具有特定生物力学特征和较强生物相容性的生物心脏瓣膜。它给研究人员提供了一种似乎很有希望的方法来制造组织工程心脏瓣膜，最终可以满足心脏瓣膜置换、再生和生长的需要。

图1.静电纺丝法制备pse的示意图

图2.DHV和pse在1、2、4和6 h时的表面SEM和截面形貌(A)；pse表面纤维直径分布(B)