孙维言
3D打印超细纤维网络多生物功能支架用于气管重建
报告人:孙维言
所在单位:上海市肺科医院
报告人简介：
孙维言，博士，就职于上海市肺科医院胸外科。主要研究方向是创新医疗器械研发和组织工程气管探究。近五年在Science Translational Medicine，Advanced Functional Materials等期刊以第一/通讯作者（含共同）发表 SCI 论文 13 篇，6 篇 IF ≥ 10，累计影响因子119.6。获得发明专利授权4项。曾获美国胸科学会（American Thoracic Society）颁发的国际青年医师奖、上海市优秀发明选拔赛金奖、上海市优秀博士研究生毕业生、博士研究生国家奖学金（2019、2020、2022年度）等荣誉。获“互联网+”创新创业大赛-国家铜奖等国家级科创奖项4项、省部级科创奖项4项。
摘要：
引言：长段气管缺损修复面临供体短缺、受体排异、预后差等难题，是外科学领域的历史性难题，亟待开发模拟天然气管功能的组织工程替代物[1]。营养气管各组分的透壁血供和维持管道通畅的高强度软骨是天然气管的基本要素。模拟天然气管特性构建的仿生替代物才能更好应用于临床。
材料与方法：研究通过熔融近场直写（melt electrowritten，MEW）,使用聚己内酯（polycaprolactone，PCL）材料制备3D打印超细纤维支架，用于构建仿生软骨（biomimetic cartilage ring，BC）环和纤维-凝胶（fiber networks- hydrogel rings，FH）环两种环状模块[2]。BC环是由超细纤维网、软骨细胞及其分泌的细胞外基质联合形成的高强度组织工程结构，其功能在于模拟天然环状软骨，为仿生气管提供力学支撑。FH环是由超细纤维和GelMA构成的复合结构，其功能在于加速透壁血管再生，改善局部免疫微环境。二者交替组装，形成叠环样仿生气管替代物，完成预血管化后进行原位修复（图A）。
结果与讨论：本研究制备了内部网格状排布的超细纤维网，通过引导基质沉积实现软骨的力学强化（图B）。BC环内的新生软骨基质沿纤维方向排列，力学性能与天然软骨相近（图C）。FH环内的细胞具有更快的迁移速度，且其迁移方向与超细纤维分布表现出明确的一致性。体内实验也表明，超细纤维可显著提升特定方向上的血管新生速度，有助于大直径、高灌注血管形成，并形成了有利于组织再生的免疫微环境（图D）。该仿生气管结构被应用于兔气管缺损模型的体内气管替代，结果未出现气道狭窄阻塞，兔生存情况良好（图E）。
结论：本研究通过熔融近场直写技术制造3D打印超细纤维支架，用于构建空间结构与功能组分均近似天然的仿生气管，实现软骨再生与血运重建的双优化，并形成利于组织再生的免疫微环境，改善气管原位移植的长期预后。
