研究背景
3D打印和再生医学技术的快速发展使生物组织工程血管移植物(TEVG)的制备具有在体内整合、重塑和修复的能力，预示着心血管疾病管理的范式转变。
本文讨论了血管组织工程中使用的各种基于支架的增材制造方法，包括3D打印、生物打印、静电纺丝和熔融电纺丝书写，并根据人体血管系统的生物力学和功能要求进行了评估。本综述提供关于再生医学对血管移植物发展前景的跨学科见解，探索发展中技术成功临床整合的关键考虑因素和前景。微型增材制造、生物制造、组织工程和去细胞化方面的持续进步将最终开发出临床上可行的、现成的TEVG，用于小直径应用。组织工程血管移植物
图1.用于开发小直径TEVG的生物制造技术和工艺的基本示意图。A)生物打印。B)细胞片轧制。C)3D打印。D)静电纺丝。E)去细胞化和再细胞化。
生物制造组织结构支架的主要要求是生物相容性和可生物降解材料的可制造性，精确控制支架形态和机械结构的能力，以及调节表面性能以增强细胞粘附和分化的能力。生物打印技术是利用细胞负载的水凝胶生物墨水，以适当的流变性能直接或液滴挤压来制造生物工程微环境的组织结构。混合3D生物打印结合了增材制造和自组装技术，实现了更高程度的功能化。静电纺丝技术存在的关键技术问题：溶解聚合物所需的化学溶剂的蒸发会导致挤出过程中的混沌射流不稳定，降低了纤维收集的精度，导致不受控制的纤维脱位、孔隙度和直径。另外，溶解合成聚合物所需的化学溶剂可能挥发或有毒，因此存在细胞相容性问题。生物打印的组织工程血管移植物
图2.TEVG制造的生物打印技术。A)微管的同轴生物打印挤出。B)微管的荧光显微照片。C)具有一致壁厚的各种直径微管的横截面荧光显微照片。D)3D生物打印GelMA/PEGD/藻酸盐结构。不含裂解酶组合物和(F)的生物打印GelMA/PEGD/藻酸盐构建体(E)的SEM显微照片。G)6天后GelMA/PEGD/藻酸盐管状结构中血管SMC（染成绿色）和VEC（染成红色）的合并横截面荧光显微照片。
Liang等人描述了一种特殊的生物打印工艺(图2A)，以制造内径和外径可调的TEVG，其范围分别为0.3-2.0mm和0.5-3.0mm(图2B,C)。本研究是通过同轴喷嘴挤出一种新型水凝胶生物墨水实现的，这种生物墨水由纳米粘土、n-丙烯酰甘油酰胺(NAGA)和明胶甲基丙烯酰(GelMA)组成，称为CNG生物墨水。Zhou等人提出了另一种用于制作小直径TEVG的同轴生物打印方法，该方法成功地制作了腔内HUVECs和血管壁血管SMCs的双列管状结构。3D打印的组织工程血管移植物
图3.A-C)通过DLP制备的基于3D打印氨基树脂的双层管状结构。通过四轴FDM生产的3D打印PCL管状支架的SEM显微照片，具有（D、E）矩形和（F、G）金刚石孔设计。(H)PCL和(I)聚多巴胺/VEGF表面改性PCL(PCLDV)双层管状支架通过静电纺丝和FDM制备。(J)PCL和(K)PCLDV双层支架结构的SEM显微照片。适用于开发支架的工艺包括熔融沉积模型(FDM)、立体光刻(SLA)、数字光处理(DLP)、电液射流3D打印等技术。Chiu等使用含有2-羟甲基丙烯酸乙酯(HEMA)和多巴胺的氨基树脂基光敏材料，成功制备出生物兼容的圆柱形和支化管状结构物(图3A-C)，内径约为4mm。基于定制的几何设计，将直径为μm的针压在直径为2mm的旋转芯轴上，通过挤压PCL制备出具有矩形和菱形孔的管状支架(图3D-G)。采用溶液静电纺丝法制备PCL纳米纤维网片，然后将其缠绕在3毫米长的棒材上，并通过电纺丝片的边缘密封成管状结构(图3H,J)。静电纺的组织工程血管移植物
图4.A)静电纺丝胶原/弹性蛋白/聚合物支架的SEM。B)胶原/弹性蛋白/聚合物支架表面形态的SEM。C)SMC接种的电纺胶原蛋白/弹性蛋白/聚合物支架在培养21天后的SEM和(D)HE染色。E)PLLA/明胶溶液电纺管状结构。细胞接种前和SMC培养小时后(G)对齐的PLLA/明胶溶液电纺支架表面形态(F)的SEM。H)双层蛋壳膜(ESM)/TPU结构。I-K)描绘不同层的ESM/TPU构造的横截面SEM。
静电纺丝技术显著改进了增材制造工艺，以开发用于组织工程应用的微米和纳米纤维支架结构。在溶液静电纺丝中，聚合物溶解在溶剂中产生均质溶液，当在施加的压力和控制的电位差下从喷嘴挤出时，观察到泰勒锥射流的形成。静电纺丝可以成功制备多种生物聚合物溶液的管状支架，内径为4.75mm(图4A,B)。如图4E所示，具有多种内径（2-6毫米）的支架被成功地电纺。测试了几种明胶浓度，目的是优化用于TEVG生物制造的细胞粘附和增殖。此外，研究了明胶对溶液可纺性的影响，获得了相对取向度较好的纳米纤维。熔融电纺丝书写的组织工程血管移植物
图5.A)PP和(B)PLA管状支架通过熔体静电纺丝制造。(C)PP和(D)PLA支架表面形态的SEM图。E)PCL管状支架通过伤口MEW制造F)伤口的SEM显微照片，MEWPCL纤维。G)2周后在MEWPCL支架上培养2周的人类成骨细胞的CSLM3D投影。H)活/死检测染色。I-K)通过受控MEW制造的管状PCL支架的SEM。
使用聚合物熔体代替溶液绕过了传统静电纺丝的局限性，并促进了通过MEW开发的支架几何形状受到高度控制，并通过仿生结构、表面处理和生物功能化模仿天然组织的ECM框架。MEW促进稳定、粘弹性、熔融聚合物射流通过连接到高压电源后挤出，这会产生泰勒锥现象，将熔融聚合物纤维收集到接地的收集器上，可以制备管状结构。MEW是精密支架生产的优越制造技术，但材料的选择在很大程度上仅限于熔点在约°C以下的合成热塑性塑料。通过现代MEW工艺制备的聚合物熔体的可印刷性还高度依赖于聚合物的粘度和电导率。展望与挑战01为进一步推进现有的研究工作，期望在生物功能工程血管的开发中整合干细胞生物学，在实现可行的生产技术后，成为规模化生产非免疫原性人体血管移植物的前沿。02除了制造和培养方法的优化之外，强调移植过程的植入，并指出细胞成分对TEVG的培养至关重要，但体内宿主细胞的募集对成功整合工程组织更重要。03由于现有人工血管移植的局限性，自体血管重建仍然是治疗心血管疾病的金标准，特别是在小直径血管旁路手术中。04通过生物功能、组织工程结构的发展，在血管领域改善治疗选择的迫切需求有望通过下一代TEVG的生物制造得到满足。
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