Cell-Material Interactions in Vascular Tissue Engineering

Connor D. Amelung

doi:10.1021/accountsmr.4c00390

Cell-Material Interactions in Vascular Tissue Engineering

2025-04-22

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DOI：10.1021/accountsmr.4c00390

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血管系统，包括血管和淋巴管，对于营养运输、废物清除和稳态调节至关重要。血管由内皮细胞和壁细胞（如平滑肌细胞和周细胞）组成，对于包括发育、器官发生、伤口愈合和肿瘤转移在内的多种生理过程至关重要。细胞外基质的生物物理特性与其生化组成的相互作用显著影响血管功能与完整性。然而，在体内研究这些复杂相互作用存在显著挑战，凸显了创新研究方法的需求。例如，传统的二维细胞培养无法体现细胞在体内所暴露的复杂、多方面环境。血管组织工程作为一种有前景的方法应运而生，旨在复制血管的结构与功能，以加深对血管发育和病理学的理解。血管组织工程的核心方面是生物材料设计，其中天然或合成聚合物被组装成水膨胀网络，即水凝胶，用于可维持数天或数周的3D细胞培养。通过利用水凝胶生物材料，研究人员可以创建可调节的模型系统，以密切模拟天然血管环境，例如通过修饰聚合物骨架功能化和局部生化环境，或改变水凝胶的物理性质。这些可定制的微环境促进了关键的细胞-基质相互作用，使研究者能够探究关键血管机制，如细胞黏附、迁移、增殖和分化。本文探讨了血管组织工程中细胞-基质相互作用的关键方面以及用于研究这些相互作用的生物材料。我们首先介绍了在材料设计方面的进展，这些进展复制了血管组织的空间和机械特性：基质刚度可调节以模拟体内组织的刚度，引入黏弹性以复制与生物流体和组织相关的时变性应变，空间取向被设计以模拟自然细胞外基质常见的结构，而降解是这些材料的固有特性，以促进细胞介导的微环境重塑。随后，我们考察了材料的生化特性如何影响血管功能：基质组成可复制血管细胞外基质中的预期因子，生物活性线索被呈现以匹配旁分泌信号形成的复杂梯度，并通过材料设计引入缺氧条件，以理解新血管在现有血管网络边缘的发生过程。最后，我们识别了该领域的主要挑战，突出了当前障碍，并提出了未来策略以改进血管组织构建体的表征。这些见解旨在推进血管组织工程的有效方法，并阐明负责内皮细胞血管化的生物学机制。

Keyword:

EXTRACELLULAR-MATRIX

ENDOTHELIAL PROGENITORS

HYDROGELS

RESPONSES

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DIMENSIONS

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Cell-Material Interactions in Vascular Tissue Engineering

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