Chinese Journal of Tissue Engineering Research ｜Vol 25｜No.28｜October 2021｜4531
申瑞秋1，刘志明
1，2
，宋俊祎1， 胡碧茹
1
文题释义：
人工血管：是严重狭窄或闭塞性血管的人工替代品，多是以尼龙、涤纶、聚四氟乙烯等合成材料人工制造的，适用于全身各处的血管转流术，大、中口径人工血管应用于临床已取得满意的效果。
一氧化氮：为氮氧化合物，化学式NO ，相对分子质量为30.01，为二价化合物，是一种无无味气体难溶于水的有毒气体，化学性质非常活泼。
摘要
背景：人工血管材料在生理水平上的一氧化氮(NO)稳定可控释放是抑制小直径人工血管内壁血栓形成的技术关键，对新型人工血管材料的研发具有重要意义。
目的：梳理近年来人工血管材料的研究和应用进展，重点对NO 释放型人工血管材料进行综述。
方法：以“vascular graft 、blood vessel 、catalytic Nitric oxide 、tissue engineering ；人工血管，催化NO ”等为检索关键词，检索CNKI 、万方、谷歌学术和PubMed 数据库2000年1月至2020年7月发表的相关文献，再对检索到的文献进行筛选、归纳和总结。 结果与结论：一系列聚合物材料、涂层材料和纳米复合材料展现出与天然内皮组织相似的NO 产生通量和释放速率，其中负载有机硒、铜离子、角蛋白、纳米贵金属等的人工血管材料显示出可用于心血管疾病的巨大潜力。负载有机硒的人工血管材料催化持续时间长，生物相容性好，机械性能优良；负载铜的人工血管材料生物安全性好，抗血栓能力强；同时负载有机硒和铜离子的人工血管材料表现出长期稳定的催化能力，以及选择性的内皮细胞活性增强能力；含有角蛋白的人工血管材料具有出的细胞相容性和功能可拓展性；其他含有催化NO 生成物质的人工血管材料未来发展空间较大。但截至目前，释放NO 的可植入生物材料的临床前开发或后期临床试验效果尚不明确，在NO 的释放时间、对内皮细胞的影响等方面仍存在一些重要问题有待解决。关键词：材料；人工血管；血管支架；一氧化氮；抗血栓；内皮化；组织工程；综述
Artificial blood vessel materials with nitric oxide release function
Shen Ruiqiu 1, Liu Zhiming 1, 2, Song Junyi 1, Hu Biru 1
1
College of Arts and Science, National University of Defense Technology, Changsha 410073, Hunan Province, China; 2Academy of Chemical Defense, Academy of Military Science, Beijing 102205, China
Shen Ruiqiu, Master candidate, College of Arts and Science, National University of Defense Technology, Changsha 410073, Hunan Province, China Corresponding author: Liu Zhiming, Master’s supervisor, Associate researcher, College of Arts and Science, National University of Defense Technology, Changsha 410073, Hunan Province, China; Academy of Chemical Defense, Academy of Military Science, Beijing 102205, China
Abstract
BACKGROUND: The stable and controllable release of nitric oxide from artificial blood vessel materials at the physiological level is not only the key technology to inhibit the formation of thrombus
on small-diameter artificial blood vessel inner walls, but also is of great significance for developing novel artificial blood vessel materials.
/10.12307/2021.069投稿日期：2020-08-04 送审日期：2020-08-07采用日期：2020-09-05在线日期：2021-01-07中图分类号： R459.9；R318.08；R-1 文章编号：
2095-4344(2021)28-04531-08文献标识码：A
1
国防科技大学文理学院，湖南省长沙市 410073；2
军事科学院防化研究院，北京市 102205
第一作者：申瑞秋，女，1996年生，河南省驻马店市人，汉族，国防科技大学在读硕士，主要从事仿生生物学研究。
通讯作者：刘志明，硕士生导师，副研究员，国防科技大学文理学院，湖南省长沙市 410073；军事科学院防化研究院，北京市 102205
/0000-0002-9788-6332 (申瑞秋)
引用本文：申瑞秋，刘志明，宋俊祎, 胡碧茹. 具有一氧化氮释放功能的人工血管材料[J].中国组织工程研究，2021，25(28):4531-4538.
4532｜中国组织工程研究｜第25卷｜第28期｜2021年10月
0 引言 Introduction
世界上每年由冠状动脉阻塞造成的死亡率高达30%[1]
，因此相应的周围或冠状动脉血运重建对心血管移植物有着强烈需求。进行血管移植后通常会面临血栓形成和新内膜增生两大问题，因此血管来源的选择就显得尤为重要。临床上认为来自于人体的大隐静脉、乳内动脉和桡动脉是替代冠状动脉阻塞血管的最佳选择[2]
，但是自体血管来源有限且受患者健康因素影响较大，心血管尤其是接受旁路移植的患者通常缺乏健康的血管来替代动脉。此外，获取自体血管的过程昂贵且费时[3]
，异体来源的血管又会面临免疫排斥反应，因此探寻人工血管移植物在血管中的应用以满足日益增长的组织和器官置换与再生需求就显得尤为必要[4]
。
人工血管研究始于20世纪初期，自开始以来一直是医学方面研究的热点，它的材料主要包括动物源脱细胞基质、天然高分子材料和合成高分子材料，虽然人工血管研究已经进行了数十年，也取得了一些
突破性的进展，但仍不能完全满足临床需求。理想的人工血管应该具有良好的生物相容性、抗血栓性、力学性能、抗感染性及可应用于临床等特点。近些年来由于大直径血管具有高血流和低阻力等特点，聚对苯二甲酸乙二酯和膨体聚四氟乙烯等高性能人工合成材料已被成功地用于制备大直径人工血管(D > 6 mm)
[5-7]
。然而，当此
类材料用于膝下血管旁路和冠状动脉旁路等小直径人工血管 (D < 6 mm)时，由于小直径血管的血流速度慢、流量小，当血液与植入物内壁接触时由于血小板富集会形成急性血栓，同时移植物和天然血管之间的机械性能不匹配也会导致平滑肌细胞类的基质细胞过度增殖，导致新内膜增生的形 成
[5，8-9]
。此外，在小直径血管上使用聚对苯二甲酸乙二酯
或膨体聚四氟乙烯还会引起动脉瘤、钙化、血栓、感染等多种并发症
[5-6，10]
。
一氧化氮(NO)作为一种典型的性气体分子，与创伤愈合、癌症、糖尿病尤其是心血管疾病等生理和病理过程密切相关
[11]
。研究表明，内皮细胞持续释放NO 是维持心血
管稳态和调节血管张力的基础[12]，高效的NO 生成可抑制血小板活化和平滑肌细胞的增殖
[13]
，进而阻止血栓形成和新内
膜增生。上述发现启发了通过设计产生的生物界面来模拟天
OBJECTIVE: To review the research and application progress of artificial blood vessel materials in recent years, and focus on introducing nitric oxide-releasing artificial blood vessel materials.
METHODS: CNKI, Wanfang, Google Scholar, and PubMed databases were searched with key word
s such as “vascular graft, blood vessel, catalytic nitric oxide, tissue engineering” in English, “artificial blood vessel, catalytic NO” in Chinese from January 2000 to July 2020 for relevant articles. The retrieved articles were screened and summarized.
RESULTS AND CONCLUSION: A series of polymer materials, coating materials and nano composite materials exhibited similar nitric oxide production flux and release rate with natural endothelial tissues. Among them, artificial blood vessel materials loaded with organic selenium, copper ions, keratin, and nano-noble metals have shown great potentialities in the treatment of cardiovascular diseases. The artificial blood vessel materials loaded with organic selenium had long catalytic durations, good biocompatibilities, and excellent mechanical properties. The artificial blood vessel materials loaded with copper had good biological safeties and strong anti-thrombotic abilities. The performance of artificial blood vessel materials loaded with organic selenium and copper ions showed long-term and stable catalytic abilities and selective enhancement abilities of endothelial cell activities. Artificial blood vessel materials containing keratin showed excellent cell compatibility and functional expansibilities. The other artificial blood vessel materials containing substances that could catalyze nitric oxide production also exhibited good potential developments in the future. Up to now, the effects of pre-clinical development or post-clinical trials of implantable biomaterials that release n
itric oxide are still unclear, and some important technical issues such as the release time of nitric oxide and the effects on endothelial cells need to be resolved.
Key words: material; artificial blood vessel; vascular stent; nitric oxide; antithrombotic; endothelialization; tissue engineering; review
How to cite this article: SHEN RQ, LIU ZM, SONG JY, HU BR. Artificial blood vessel materials with nitric oxide release function. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2021;25(28):4531-4538.
然内皮细胞的抗血栓特性，从而弥补现有心血管支架或人工移植材料的不足
[14-16]
。文章首先对NO 的心血管生理功能进
行了介绍，重点梳理了近年NO 释放型人工血管材料的研究和应用进展，并对具有NO 释放功能的人工血管材料的技术未来进行了展望。
1 资料和方法 Data and methods
1.1 资料来源 由第一作者以“vascular graft ”“blood vessel ” “catalytic Nitric oxide ”“t issue engineering ”等关键词检索谷歌学术和PubMed 数据库，以“人工血管”和“催化NO ”为关键词检索CNKI 和万方数据库，检索文献时间设为2000年1月至2020年7月。1.2 纳入与排除标准
纳入标准：文章所述内容与综述主题契合，该领域内开拓者的经典文献，近些年提出新颖论点的文献。
排除标准：过于老旧的文献，研究内容重复的文献，与该综述主题不符的文章。
1.3 数据提取 原始检索到文献1 372篇，剔除不符合标准的文献后纳入了英文文献66篇、中文文献4篇，见图1。
2 结果 Results
2.1 NO 的心血管生理功能 作为一种双原子自由基分子，NO 在人体内由L -精氨酸通过一氧化氮合酶在细胞内产生。人体内存在几种一氧化氮合酶异构体，包括内皮型一氧化氮合酶、神经元型一氧化氮合酶和诱导型一氧化氮合酶[17]
。一
氧化氮合酶在人体的各种组织中均有表达，在神经、肌肉和
心血管系统中尤为突出
[18]
。1980年FURCHGOTT 和ZAWADSKI
发现当完整的内皮细胞作用于血管平滑肌细胞使其松弛时，
会产生一种物质以响应乙酰胆碱的刺激[19]，他们把这种物质称为内皮源性舒张因子。数年后，两位科学家同时证明内皮源性舒张因子就是NO[20-21]。NO与心血管系统关系的发现具有里程碑意义，因此发现这一现象的3位科学家在1998年被授予诺贝尔医学奖，自此也引发了关于NO在其他生理系统中作用的广泛研究。
NO是有效的血管扩张剂和抑制血小板黏附的激活剂。NO可以激活可溶性鸟苷酸环化酶，使细胞内GT
P环化为cGMP，从而激活cGMP依赖性蛋白酶，使肌球蛋白轻链去磷酸化，并降低细胞内游离的Ca2+浓度，使收缩蛋白与Ca2+的结合减少，导致平滑肌松弛、血管扩张[22-23]。人内皮组织具有强大的抗血栓能力，部分归因于该层组织可持续生成一定浓度的NO[24-25]，其表面估计的通量水平为0.5×10-10-4.0×10-10 mol/(cm2 •min)[26]。因此，解决血液相容性问题的一种潜在方法是在血液/传感器界面处释放或产生相当于正常内皮细胞通量的NO，以抑制血小板黏附和激活，从而防止大血栓的形成。目前已证实NO在多种生理过程中都起调节作用，涉及心血管的稳态、免疫反应、骨骼代谢、神经传递和癌症。此外由于高浓度的NO具有毒性，也被广泛应用于抗菌材料中。NO的功能是依赖剂量实现的，必须调节浓度以获得所需的效果，例如已经将高浓度NO应用于肿瘤中[27]。但是，血液中的NO浓度过高可能导致NO中毒，而NO的浓度过低可能有助于肿瘤细胞的生长，这些结果突出了控制NO传递速度和浓度的重要性。
为了获得足够量的NO用于，人们已经研究了几种通过不同反应释放NO的供体分子。迄今为止，广泛用于NO释放材料的典型低分子质量NO供体分子为N-重氮二醇二钠、S-亚硝基硫醇和L-精氨酸[28-31]。N-重氮二醇二钠可无需催化剂在生理环境下释放NO[32-33]。与N-重氮二醇二钠不同，S-亚硝基硫醇是内源性NO供体和体内的生理转运体，对金属离子、pH值和光照等环境条件敏感[34]，因此S-亚硝基硫醇可用于NO受控释放[35-37]。L-精氨酸是天然的NO供体，可通过诱导的一氧化氮合酶催化产生NO；同时，L-精氨酸还通过炎性组织或癌症中高浓度一氧化氮合酶的氧化作用释放NO[38-39]。
2.2 负载有催化NO释放物质的人工血管材料为改善人工血管材料血液接触界面的生物相容性，相关研究的策略主要集中在靶向调节凝血酶或血小板抑制凝血方面(图2)。其中血小板调节途径是通过涂覆与血液接触的材料界面实现的，具有简便易行、有效可控等特点，涉及含有银纳米颗粒、肝素等功能性物质的人工血管材料及迅速发展的NO释放型人工血管材料。
当研究人员将直径10-15 nm的球形银纳米颗粒作为细胞抗菌剂时，发现它们以浓度依赖的方式抑制血小板聚集[40]。已发现大于24 nm的银纳米颗粒可促进血小板活化和凝血级联反应，因此银纳米颗粒的抑制活性关键取决于其颗粒大 小[41]。肝素通过减少血小板黏附、抑制凝血动力学和在合成材料上支持再内皮化成为改善生物材料血液相容性的一种可行方法，已在生物医学领域中得到应用[42]。临床试验表明，通过共价键固定在膨体聚四氟乙烯血管移植物表面的肝素在植入长达12周后仍具有生物活性，可产生与自体血管移植相当的效果，可作为当隐静脉不存在或不适合移植时的可取选择[43]。
在以往关于NO分子调节血管舒张和抗血栓的研究当中，通常会向材料中添加硝酸、N-重氮二醇二钠等供体，虽然这些材料在植入初期也能展现出良好的血液相容性并维持NO的释放，但是在植入后期会存在供体不足或脱落等安全隐患。现阶段的研究主要是将催化剂嵌入聚合物基质中或将催化位点固定在基材表面，利用体内已有的内源性NO供体来催化NO的生成。在进行体外测试时通常选择S-亚硝基硫醇模拟体内NO供体。S-NO键可在加热、紫外光照、特定金属离子(如Cu+、Fe2+、Hg2+、Ag+)和过氧化物等的作用下断裂，催化NO的释放[35]。循环血液中生成量最大的两种内源性物质是S-亚硝基
血清蛋白和S-亚硝基谷胱甘肽，因此研究人员进行体外实验时也通常选取这两种供体材料来验证材料催化NO生成的能力。
具体来讲，制备催化内源性NO生成材料的方法主要有2种：一种是将有机硒固定在聚合物基体或具有官能团的生物材料表面，另一种是将金属有机配位络合物掺杂到聚合物基质上，接下来将从以上2个方面进行着重介绍。
2.2.1 负载有机硒的人工血管材料有机硒化合物通过谷胱甘肽过氧化物酶样催化反应将S-亚硝基硫醇分解为NO，谷胱甘肽过氧化物酶样能以谷胱甘肽为还原底物，催化多种氢过氧化物(ROOH)还原。研究发现，在硒代半胱胺和谷胱甘肽及S-亚硝基谷胱甘肽作为NO供体的情况下，内皮细胞内部S-亚硝基蛋白的形成会增强[44]。人们通过将有机硒化合物涂覆和接枝到材料表面上已经构建了许多硒催化表面(表1)。
表1 ｜负载有机硒的人工血管材料
催化NO生成
的材料
NO供体其余材料方法实验水平实验效果引用文献
3，3-二硒二
丙酸与谷胱甘
肽过氧化物酶
样的催化活性
共价缀合
S-亚硝
基硫醇
带有胺的
等离子体
聚合烯丙
胺表面
生物
活性
涂层
兔体内涂层保留了出
的NO催化活性
[45]
胱胺修饰的肝
素
S-亚硝
基硫醇全民健身计划纲要
聚乙烯亚
胺覆有聚
多巴胺的
316 L不
锈钢
静电
相互
作用
体外纳米颗粒表面还
呈现野生组织反
应，表明潜在的
组织安全性
[46]
硒代半胱胺S-亚硝
基硫醇
聚
膜，肝素
内膜
仿生
涂层
体外表面结合了肝素
提供的抗凝血功
能和生成NO的能
力
[47]
硒代半胱胺S-亚硝
如何提高团队执行力基硫醇
多巴胺
316 L不
锈钢心血
管支架
浸渍、
涂层
兔体外和
体内植入
膜分离技术
60 d内以可控和
稳定的方式释放
NO
[14]
有机硒催化位
点
S-亚硝
基硫醇
聚氨酯滴涂
法
体外共混膜在生理水
平下稳定释放NO
达30 d
[48]
Chinese Journal of Tissue Engineering Research｜Vol 25｜No.28｜October 2021｜4533
综 述
西南交通大学的杨志禄研究员课题组对负载有机硒的催化生成材料进行了大量研究。通过将3，3-二硒二丙酸 (SeDPA)与谷胱甘肽过氧化物酶样的催化活性共价缀合，再将3，3-二硒二丙酸固定在带有胺的等离子体聚合(PPAam)表面上，通过S-亚硝基硫醇的特定催化反应生成NO[45]。催化生成材料的明显好处是不会发生生物降解，并可在至少 60 d的延长时间内保持其催化性能。将裸露的支架和涂有SeDPA-PPAam的支架双向植入家兔的双向动脉，2周后显示出显著改善的内皮再生和抗凝性[45]。另外，利用聚乙烯亚胺和胱胺修饰的肝素之间的静电相互作用可以介导自发的纳米颗粒形成，将纳米颗粒进一步固定在涂覆有聚多巴胺的 316 L不锈钢表面上，结果表明通过肝素和胱胺的协同作用，该纳米粒子固定化的表面不仅显著抑制了血小板的黏附和血小板的活化，而且还抑制了平滑肌细
胞的增殖/迁移，促进了内皮细胞的增殖/迁移。此外，纳米颗粒表面还呈现野生组织反应，反映了潜在的组织安全性[46]。该课题组开发了通过在血浆聚合的的含胺膜上依次结合肝素和硒代半胱胺的涂层，所得表面结合了抗凝血功能和抗血小板活性[47](图3)。
有研究开发了一种独立于材料的一步浸涂方法，将谷胱甘肽过氧化物酶通过硒代半胱胺共同固定在多巴胺的框架内，可以在60 d内以稳定可控的方式释放NO，实现体内的快速再内皮化，有效减少了支架内再狭窄和新内膜增生[14]。YANG等[45]将有机硒催化位点(Se-Se共价键)引入聚氨酯主链中以稳定NO催化底物，采用滴涂法调节催化部位的含量，制备了不同比例的聚氨酯和聚氨酯-Se共混膜，共混膜在生理水平下可稳定释放NO达30 d，显示出增强的抗血小板作用、低溶血率、出的生物相容性及与聚氨酯相似的机械性能。
南开大学生命科学学院的王淑芳教授对固定有机硒的聚乙烯亚胺催化S-亚硝基硫醇生成进行了系统研究，在此基础上取得了一系列成果。首先使用电纺聚己内酯作为基质材料来构建小直径的血管移植物，再将固定有有机硒的聚乙烯亚胺加载到移植物上以原位产生NO[49]，然后再通过层层自组装对材料进行改性。比如，将透明质酸与内皮细胞含有的特异性天冬氨酸肽通过层层自组装后移植到材料表面并沉积，以促进内皮细胞的黏附[50]；将固定有机硒的聚乙烯亚胺作为供体催化剂，与海藻酸钠交替装载到电纺聚己内酯基质的表面上，可通过负载的聚电解质层数量来调节催化能力[51]；接枝肝素可以改善材料的亲水性，提高生物相容性[52]；通过层层自组装来沉积接枝有聚乙二醇修饰的酪氨酸-
异亮氨酸-甘氨酸-丝氨酸-精氨酸5肽，以增强内皮细胞的黏附并改善血管重塑过程中存在的问题[53]；在加入明胶后，明胶的快速降解速率会进一步扩大底物之间的孔，从而进一步促进细胞浸润和组织再生[54]。以上系统的研究为改善血管移植物的细胞功能和抗血栓形成特性提供了一种可能的新方法。
2.2.2 负载铜的人工血管材料 研究表明，铜纳米颗粒和Cu+、Cu2+等铜催化物质均可分解S-亚硝基硫醇，低剂量铜的引入即可实现NO的催化生成，还没有细胞毒性作用[55]。如表2所示，铜离子还具有微动力学作用，具有固有的抗菌特性，可与NO协同作用增强抗菌效果。
PANT等[56]将合成的NO供体亚硝基-N-乙酰青霉胺掺入医用级聚合物Carbosil™中制造一种新型复合材料，将所得复合材料涂上不同浓度的铜纳米颗粒层，以催化亚硝基-N-乙酰青霉胺原位释放NO，结果表明革兰阳性菌和革兰阴性菌附着量均显著减少，血小板黏附量非常低，而且铜浸出液明显低于食品药品监督管理局(FDA)推荐的安全限值。西南交通大学的杨志禄研究员课题组同样对Cu催化体内内源性NO生成的材料进行了大量研究。该课题组通过儿茶酚与胶原的共聚构建含铜膜，在浸入期间催化作用与有效铜(I)含量有关，血小板活化和聚集得到明显抑制[57](图4)。他们受贻贝基底膜黏附力和蛋白质交联的启发，通过将支架浸入含有多巴胺和铜离子(CuII)的水溶液中开发了一种单步金属-儿茶酚胺组装策略形成的原位生成NO的仿生涂层，结果显示其促进了重新内皮化并预防了晚期支架再狭窄和血栓形 成[58]。HUANG等[61]通过调节直流溅射Ti-Cu涂层释放的铜离子浓度调控NO释放催化活性，各种涂层均通过环鸟苷酸单磷酸酯信号途径对血小板黏附、聚集和活化表现了出的抑制作用。REY
NOLDS等[60]首次报道了铜基有机框架材料能够从内源S-亚硝基硫醇储层中生成NO，这种性质促使了将铜基有机框架材料用于设计NO生成膜。该研究将Cu-BTTri 掺入壳聚糖中以成膜，共混膜在生理水平下可稳定释放产生纳摩尔浓度的NO达3 d，可重复进行多达4个循环，还显示出增强的抗血小板作用、低溶血率、出的生物相容性及与聚氨酯相似的机械性能。
2.2.3 同时负载有机硒和铜离子的人工血管材料 2015年，西南交通大学的杨志禄研究员课题组发明公开了一种具有一氧化氮催化活性的涂层制备方法[61]，该方法将具有NO催化活性的含硒化合物、含硫化合物、可溶性铜盐与邻苯酚结构的化合物、黄酮化合物和黄酮醇化合物或黄烷酮化合物混合，表2 ｜负载铜的人工血管材料
催化NO生成
的材料
NO供体其余材料方法实验水平实验效果引用
文献
铜纳米颗粒亚硝基-N-
乙酰青霉
胺
Carbosil涂层体外铜浸出液明显
低于FDA推荐
的安全值
[56]
铜S-亚硝基
硫醇
儿茶酚和
表没食子
儿茶素没
食子酸酯、
胶原蛋白
氧化还原、
交联
体外催化作用与有
效铜(I)含量
有关
[57]
铜离子(CuII)S-亚硝基
硫醇
儿茶酚胺，
316L SS心
血管支架
涂层兔子和体
内植入
促进了重新内
皮化并预防了
晚期支架再狭
窄和血栓形成
[58]
Ti-Cu涂层S-亚硝基
硫醇
不锈钢基
体
直流磁控
溅射工艺
体外溅射方法开发
的Ti-Cu表面
可刺激NO的
催化形成
思其始而成其终[59]
刀豆蛋白水稳定铜基
Cu-BTTri
S-亚硝基
谷胱甘肽
壳聚糖杂化固定体外Cu-BTTri可以
诱导合成S-
亚硝基硫醇
[60]
4534｜中国组织工程研究｜第25卷｜第28期｜2021年10月
在缓冲溶液中进行聚合。具有NO催化活性的涂层可以用于几乎所有材料、几何形状和拓扑结构的基质材料的表面改性。该涂层中的双硒键、双硫键、铜离子和酚羟基具有优异的自由基清除功能，材料中的硒键、硫键和螯合的铜离子对还原型谷胱甘肽具有响应功能；另外，包含在涂层中的铜离子具有抗菌功能。该涂层用于催化NO的释放，也可应用于与自由基清除和还原型谷胱甘肽反应功能有关的所有领域。2018年，该课题组使用3，4-二羟基-L-苯丙氨酸(Dopa，一种广泛存在于贻贝和贻贝分泌的黏附斑块中的黏附氨基酸)来交联硒代半胱胺和铜离子(Cu2+)并形成NO生成涂层，称为CuII-Dopa/硒代半胱胺，并将涂层结合到支架表面，结果表明该涂层具有长期、稳定且可调节的NO生成速率范围，并具有选择性抑制脐动脉平滑肌细胞增殖并增强脐静脉内皮细胞体外黏附、增殖和迁移的能力[62](图5)。
2.2.4 含有角蛋白的人工血管材料角蛋白是皮肤、毛发、角质中的主要蛋白质。角蛋白由于具有细胞黏附性 Arg-Gly-Asp和Leu-Asp-Val序列而具有出的细胞相容性。南京师范大学沈建教授课题组开展了一系列含有角蛋白垫的人工血管材料研究，相关研究证实角蛋白能够催化血液中的内源性NO供体生成NO[63](表3)，但具体分子机制尚不明确。有机硒、铜离子、角蛋白作为催化剂外，还有一些团队研究了其他可作为催化NO生成的血管材料，涉及酶前体化技术、氧化石墨烯、3D打印技术等在血管材料中的应用(表4)。
2018年，沈建教授课题组首先制备了聚己内酯/角蛋白生物复合材料，然后原位加载金纳米粒子以生成聚己内 酯/角蛋白/金纳米颗粒垫，结果表明，产生的NO可以增强人脐静脉内皮细胞的生长并抑制人脐动脉内皮细胞的生存能力，金纳米粒子还保持了良好的血液相容性和抗菌活性[64]。2019年，为改善角蛋白的凝血性质，该课题组通过3-甲基丙烯酸磺基丙基酯的链转移自由基聚合合成了磺化角蛋白，然后通过电纺丝制备了聚己内酯/磺化角蛋白纳米纤维垫，结果表明该复合材料可以催化供体中NO的释放，从而促进内皮细胞的生长，减少平滑肌细胞的增殖并抑制血小板的黏 附[65](图6)。2020年，该课题组首先以还原法提取人发角蛋白，然后通过硫醇-迈克尔加成反应对2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱两性离子进行化学修饰，进而与聚己内酯共同静电纺丝制备纳米纤维垫，结果显示血小板的黏附显著减少，促进人脐静脉内皮细胞的生长、迁移和增殖，抑制人脐静脉血管平滑肌细胞的增殖[66]。
2.2.5 其他含有催化NO生成物质的人工血管材料 除了以表4 ｜其他催化NO生成的人工血管材料
催化NO生成
的材料
NO供体其余材料方法实验
水平
实验效果引用
文献半乳糖苷酶糖基化NO供
体
电纺聚己内
酯、生物素和
亲和素
酶前
体药
物疗
法
老鼠
体内
可以催化NO前
药的分解，从而
局部和按需释放
NO
[67]
L-半胱氨酸S-亚硝基硫醇聚乙烯亚胺、
氧化石墨烯纳
米片
接枝体外体外抑制了膜上
的血小板活化和
聚集
[68]
亚硝基-N-乙
酰青霉胺
亚硝基-N-乙
酰青霉胺
聚乳酸支架、
聚己内酯
3D
打印
体外NO在生理范围
内释放14 d，显
示抗菌潜能
[69]
WANG等[67]首先通过亲和素和生物素之间的亲和力结合将半乳糖苷酶固定在血管移植物上，然后将移植物移植到大鼠腹主动脉中，当通过尾静脉注射施用糖基化的NO前药后，前药循环并与固定酶的血管移植物接触，从而催化NO 前药的分解，实现NO的局部按需释放(图7)。DU等[68]使用聚乙烯亚胺分子作为连接体，将具有生物相容性的L-半胱氨酸固定在石墨烯纳米片上，赋予石墨烯膜催化分解外源或内源NO供体以产生NO的能力，在体外实验中抑制了膜上的血小板活化和聚集，降低了血小板黏附。KABIRIAN等[69]将聚乳酸3D打印成小直径的血管移植物，并掺混10%S-亚硝基-N-乙酰基-青霉胺
到由聚乙二醇和聚己内酯组成的聚合物基质中，结果表明在生理条件下NO可释放14 d，释放NO的涂层同时表现出对革兰阳性菌株和革兰阴性菌株的显著抗菌潜力。
近年来，人们发现纳米金具有一定的原位催化谷胱甘肽释放NO的能力，纳米金等纳米贵金属杂化材料有望改善人工血管材料的抗凝血性。然而纳米金等贵金属材料可能具有细胞毒性，是其发展成为组织支架材料必须解决的问题。在纳米贵金属表面包覆聚合物或聚电解质，是一种阻止贵金属纳米粒子吸附污染分子并降低其细胞毒性的可行方案。该项目组提出了一种以纳米金为核芯、以纤维素为包覆层的纳米金-纤维素纳米复合体[70]，初步实验表明，该种纳米复合材料可通过持续介导血液内源性NO供体释放NO而有效抑制血栓的形成，有望用于构建具有原位催化功能的人工血管仿生界面材料。
3 总结与展望 Summary and prospects
用于血液接触装置的新一代生物材料的开发，使得一系列聚合物材料、涂层材料和纳米复合材料展现出与天然内皮组织相似的NO产生通量和释放速率。负载有机硒、铜、角蛋白、纳米贵金属等的人工血管材料能满足生物材料长期抗凝的需要，显示出可用于心血管疾病的巨大潜力，代表了血管闭塞性疾病方面的重大进步。
负载有机硒的人工血管材料多使用含胺高分子负载硒代
表3 ｜含有角蛋白的人工血管材料
催化NO生成的材料NO供体其余材料方法实验
水平
实验效果引用
文献
金纳米颗粒和角蛋白S-亚硝基谷胱
匝间短路测试仪甘肽
电纺聚己
内酯
静电纺丝体外保持了具有良
好血液相容性
的金纳米颗粒
的抗菌活性
[64]
磺化角蛋白S-亚硝基谷胱
甘肽电纺聚己
内酯
静电纺丝体外可以催化供体
中NO的释放
[65]
2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱修饰角蛋白S-亚硝基谷胱
甘肽
电纺聚己
内酯
加成反应、
静电纺丝
体外血小板黏附减
少；抑制人脐
静脉内皮细胞
的生长、迁移
[66]
Chinese Journal of Tissue Engineering Research｜Vol 25｜No.28｜October 2021｜4535
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