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细菌纤维素小口径人工血管：内皮化制备工艺与功能特性深度剖析

一、引言

1.1研究背景与意义

心血管疾病已成为全球范围内威胁人类健康的主要疾病之一。根据《中国心血管健康与疾病报告2022》，我国心血管病现患人数达3.3亿，每5例死亡中就有2例死于心血管病，其在城乡居民疾病死亡构成比中占首位。血管旁路移植术是治疗冠心病和外周血管疾病的重要手段，然而小于6毫米的小口径人工血管，由于再狭窄发生率高，目前仍没有产品成功用于临床。但临床上对小口径人工血管的需求却极为迫切，我国冠心病患者超过1100万人，下肢动脉疾病患者超过4500万人，相当一部分病人需要接受血管置换（搭桥）治疗，同时，我国血液透析患者已超过69万人，人工血管用于终末期肾病患者血液透析通路的建立，对于延长患者生存期至关重要。

现有的小口径人工血管面临诸多挑战，传统的合成材料如膨体聚四氟乙烯（ePTFE）和涤纶等，虽在大口径血管置换术中取得满意效果，但用于小口径人工血管时，因材料自身血液相容性能不佳，与血液接触后易引发凝血和血栓形成，造成血管闭塞，且无法支持内皮细胞的黏附和生长，植入体内后不能实现内皮化，导致血管再狭窄，长期通畅率无法保证。生物型人工血管，如经过脱细胞处理的人（动物）源血管，虽来源广泛且具有与人血管类似的尺寸，但免疫原性和病原体传播等问题有待解决。

细菌纤维素作为一种新型生物材料，展现出独特的优势。它与植物纤维素化学组成相同，但具有更高的化学纯度和更好的生物相容性。细菌纤维素由木葡糖酸醋杆菌等微生物合成，其纳米纤维搭建的3D网络结构，纤维分布均匀、结构致密，使其具备良好的力学性能。同时，细菌纤维素具有良好的生物可降解性，在体内可逐渐被代谢，减少了长期植入带来的潜在风险。

内皮化是提升小口径人工血管性能的关键途径。人工血管植入体内后，实现内皮化能够有效降低血栓形成的风险，因为内皮细胞可以分泌多种抗凝血物质，抑制血小板的黏附和聚集。完整的内皮细胞层还能阻止血液中的有害物质与血管壁接触，减少炎症反应和内膜增生，从而提高人工血管的远期通畅率。若人工血管不能实现内皮化，血液与人工材料表面直接接触，极易激活凝血系统，导致血栓形成，进而使血管闭塞，影响治疗效果。因此，对细菌纤维素小口径人工血管进行内皮化制备研究，具有重要的理论意义和实际应用价值，有望为心血管疾病的治疗提供更有效的解决方案，改善患者的生活质量和预后。

1.2国内外研究现状

在小口径人工血管的研究领域，细菌纤维素因其独特的性能优势，逐渐成为研究热点。国内外学者围绕细菌纤维素小口径人工血管的内皮化制备及其功能开展了大量研究，在材料制备、表面改性和功能探究等方面取得了一定进展，但仍存在一些问题有待解决。

在细菌纤维素小口径人工血管的制备方面，国内外均进行了积极探索。国外研究中，一些团队利用特定的生物反应器，精确调控培养条件，如控制碳源、氮源的比例以及氧气的供应，实现了细菌纤维素小口径人工血管的可控制备。通过优化培养工艺，能够制备出管径均匀、管壁厚度一致的人工血管，满足不同临床需求。国内研究也取得了显著成果，东华大学团队利用自制的血管模具，采用渗氧单管法培养木葡糖醋杆菌，成功制备出各种内径及长度的细菌纤维素小口径人工血管，该方法操作相对简便，为大规模制备提供了可能。但目前制备工艺仍存在一些不足，如制备周期较长，限制了其工业化生产的速度；部分制备方法成本较高，增加了临床应用的经济负担。

细菌纤维素表面改性以促进内皮细胞黏附是实现内皮化的关键步骤。国外有研究采用等离子体处理技术，在细菌纤维素表面引入活性基团，增强其与内皮细胞的相互作用，提高了内皮细胞的黏附率和增殖能力。国内研究则多聚焦于化学改性方法，如使用2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物自由基（TEMPO）处理细菌纤维素，使其表面富含羧基，再通过碳化二亚胺（EDC）/N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）化学方法，将内皮细胞的配体分子（如细胞黏附分子R-EDV多肽）固定在细菌纤维素表面。苏州大学相关研究表明，经过这种改性后，细菌纤维素对内皮细胞的黏附数量明显增多，细胞铺展良好。然而，现有的表面改性方法也存在一定局限性，部分改性方法可能会对细菌纤维素的原有结构和性能产生影响，导致其力学性能下降；一些改性试剂可能具有潜在的细胞毒性，对内皮细胞的功能和活性产生不利影响。

在细菌纤维素小口径人工血管的功能研究方面，国内外都关注其血液相容性和长期通畅率。国外研究通过动物实验，对人工血管植入后的血液动力学变化、血栓形成情况等进行监测，评估其血液相容性。结果显示，经过合理改性的细菌纤维素人工血管，在一定程度上能够减少血栓形成，提高血液相容性。国内研究也开展了类似的动物实验，观察人工血管在体内的内皮化进程和长期通畅率。但目前