聚ε-己内酯(poly(ε-caprolactone),PCL)是一种被广泛应用于生物医学领域的半结晶可生物降解聚合物。其在常温和体温下均呈现橡胶态,具备良好的柔韧性、机械性能和加工性。因此,PCL与其他生物降解材料如聚乳酸(PLA)和聚乙醇酸(PGA)相比,展现出独特的优势[1]。
PCL已被用于制作纳米纤维支架,广泛应用于各种组织工程支架。作为一种热塑性塑料,PCL的熔点为60℃,玻璃化温度为-60℃,在37℃时表现出半结晶的橡胶特性,使其在医用导管和软硬组织修复材料中展现出卓越的柔韧性和弹性记忆。此外,未改性的PCL在2-3年内可以完全降解,这使得它适合用于心肌细胞装载贴片,且能够实现长期整合和最小瘢痕形成。PCL表现出低免疫原性和良好的生物相容性,因而在促进血管组织再生方面具有巨大潜力。Serrano等人的研究显示,L929小鼠成纤维细胞在PCL膜上短期培养表现出优异的粘附性、生长率和存活率,进一步验证了PCL作为生物相容性血管移植支架材料的应用前景[2]。
不过,PCL也存在一些局限性,例如其生物降解速率较慢,远低于其他有机聚合物,通常需要2-4年才能完全降解。此外,PCL的低生物活性和疏水性可能导致细胞活性降低,不利于细胞粘附和增殖。因此,研究者们常常通过表面改性、微结构设计及共混技术,以提高其亲水性、机械性能、生物性能和降解性能,以促进细胞的粘附和生长,从而引导血管组织的再生。
成功的人造组织支架通过支持细胞生长以及提供适当的机械和生物功能来促进再生。在微观形貌基础上,波士顿大学的Desai和Wong于2008年开发了一种带有微米级凹槽的PCL层叠支架,利用表面改性技术将光反应性丙烯酸酯基团附着于PCL表面,使聚乙二醇-丙烯酸酯凝胶(PEG-DA)能够在其上进行光聚合,这样形成的3D复合结构能诱导血管平滑肌细胞的定向生长及细胞外基质的有序排列[3]。
此外,微观结构的仿生血管通道可以诱导血管新生,从而制造大型工程结构。2010年,慕尼黑工业大学的Schantz等人利用计算机辅助设计(CAD)与熔融沉积建模(FDM)技术,针对细胞支架的血管化不足问题,设计了一种引导血管的PCL支架。通过将骨髓源性间充质干细胞接种至支架上,并植入大鼠模型中,研究表明血管网络可在支架内生长,在3周内形成了丰富的毛细血管和结缔组织[4]。
郑州大学的Li等人在2020年提出了一种结合超临界CO2微孔发泡和聚合物浸出的方法,成功制备小直径的血管组织工程支架。他们发现通过调节PEO的比例,可以有效控制孔径和孔密度,提升支架的性能,为小直径多孔组织工程血管支架的研发提供了理论依据和数据支持[5]。
南开大学的孔德领等人在2022年针对当前血管移植物的机械强度问题,受到钢纤维混凝土建筑设计的启发,采用熔融纺丝技术制备聚己内酯纤维骨架,并通过热处理增强生物管的性能。经评估,这种热处理的生物管在体外力学测试中表现出较优异的性能,并在动物模型中展现了良好的血管再生能力,显示了作为自体血管替代品的潜力[6]。
许多研究显示,PCL基材料在血管组织工程中可以有效提供机械支撑和稳定性,并减少血小板粘附和血栓形成的风险。例如,Bao等人设计的三层支架结构,模仿动脉的自然结构,能够有效防止血小板形成,从而促进细胞增殖,进而对损伤部位的血管化产生积极影响[7]。
总之,PCL因其独特性质逐渐成为血管组织工程支架研发的热门材料。然而,由于PCL是一种均聚物,其力学与降解性能仅能通过分子量和混合聚合物进行有限调节,限制了其在医学中的广泛应用。通过聚合方式获得的共聚物,如PGCL、PLCL等,则可以在不同单体比例的调节下,显著改善机械和降解性能,从而展示更广泛的应用前景,成为血管组织工程和再生修复材料的重要选择。俄罗斯专享会294为您提供优质的PLCL和PGCL,期待助力您的研究!