川大王云兵教授團隊 Nat. Commun.：血管支架新方向-基于重組人源化膠原蛋白的無藥物涂層血管支架促進血管組織原位再生修復(fù)
隨著世界人口老齡化的加劇，心血管疾病已超過癌癥成為人類健康的頭號殺手，每年造成約 1700 萬人死亡，占所有死亡人口的三分之一。目前，微創(chuàng)介入血管支架植入術(shù)是治療心血管疾病最為安全、有效的一種方法。對于血管支架，植入后面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是凝血、炎癥反應(yīng)和組織增生問題，材料表面改性是提高其功能性與長效性最為有效的手段之一。然而，目前的改性策略依然沿用傳統(tǒng)的藥物涂層設(shè)計理念，支架在抗增生的同時也會導(dǎo)致內(nèi)皮愈合延遲，內(nèi)膜重塑受損，進而引發(fā)晚期血栓等并發(fā)癥風(fēng)險。因此，尋找開發(fā)既能抑制血栓又能促進血管內(nèi)膜完美愈合的無藥物支架具有重要意義。
針對以上問題，四川大學(xué)王云兵教授團隊開發(fā)了一種定制化重組Ⅲ型人源化膠原蛋白（rhCol III）功能化無藥物涂層支架，通過共價鍵結(jié)合將rhCol III均勻且高效地固定在富含氨基基團的支架表面（圖1）。本研究使用的定制化重組III型人源化膠原蛋白不同于傳統(tǒng)的膠原材料，其設(shè)計避開了傳統(tǒng)膠原高血小板結(jié)合位點的同時保留了高內(nèi)皮細(xì)胞黏附的片段，突破了膠原促凝血的傳統(tǒng)觀念，在國際上率先研發(fā)出具有優(yōu)異抗凝血性能的新型定制化膠原材料。體內(nèi)外實驗結(jié)果表明，基于rhCol III的單組分無藥物涂層支架植入后對損傷血管組織產(chǎn)生抗凝血、抗炎、抑制內(nèi)膜增生及促進內(nèi)皮快速愈合等多重修復(fù)效果，與傳統(tǒng)藥物洗脫支架相比，基于rhCol III的無藥物涂層支架在兔和豬動物模型中表現(xiàn)出更優(yōu)異的促血管再生修復(fù)的效果，有望成為下一代無藥物血管支架產(chǎn)品。相關(guān)工作以“A Drug-free Cardiovascular Stent Functionalized with Tailored Collagen Supports in-situ Healing of Vascular Tissues”為題發(fā)表在《Nature Communications》期刊上，論文的第一作者為四川大學(xué)副研究員楊立老師和博士研究生吳豪爽，通訊作者為國家生物醫(yī)學(xué)材料工程技術(shù)研究中心主任/四川大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院院長/天府錦城實驗室前沿醫(yī)學(xué)中心PI王云兵教授。
圖1. 基于重組Ⅲ型人源化膠原蛋白的無藥物涂層支架的制備過程、機理與功能示意圖
體外內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞等實驗和轉(zhuǎn)錄組測序數(shù)據(jù)表明，無藥物涂層支架通過調(diào)控細(xì)胞粘附、增殖、遷移和凋亡的信號通路，顯著促進了血管內(nèi)皮細(xì)胞的粘附與增殖（圖2），通過誘導(dǎo)平滑肌向收縮表型轉(zhuǎn)化，加速平滑肌細(xì)胞的凋亡，從而抑制平滑肌的過度增生（圖3），通過誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向抗炎（M2）表型轉(zhuǎn)化以及促進炎癥細(xì)胞分泌更多的抗炎因子，有效抑制了炎癥反應(yīng)。
圖2. 無藥物涂層血管支架調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞的生長行為機制研究
在兔和豬的支架植入實驗中，無藥物涂層支架與市售藥物涂層支架相比，在有效抑制了內(nèi)膜增生的同時顯示出優(yōu)異的促血管內(nèi)膜再生修復(fù)的效果（圖3）。本研究提出的定制化重組Ⅲ型人源化膠原蛋白功能化的“一產(chǎn)多效”的無藥物涂層支架在血管理想修復(fù)方面顯示出巨大潛力，有望成為下一代血管支架產(chǎn)品。
圖3. 無藥物涂層血管支架在兔和豬支架植入模型中的安全性和有效性的評估
論文信息：Wu, H#., Yang, L#., Luo, R. Li, L., Zheng, T., Huang, K., Qin, Y., Yang, X., Zhang, X., Wang, Y*. A drug-free cardiovascular stent functionalized with tailored collagen supports in-situ healing of vascular tissues. Nat Commun 15, 735 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-44902-2
