近日，北京航空航天大学樊瑜波教授团队在国际著名期刊《Acta Biomaterialia》上发表题为 “Biomechanical Insights into the Development and Optimization of Small-Diameter Vascular Grafts”的综述论文，北京航空航天大学为第一完成单位，丁希丽副教授为文章第一作者。该综述系统梳理了小口径血管移植物（SDVG，直径< 6mm）的国际研究进展，创新性地从生物力学角度揭示了临床转化中的关键瓶颈问题。深入解析了急性血栓形成和内膜增生导致长期通畅率不足的生物力学机制，包括血流动力学异常、力学不匹配等核心问题。重点阐述了小口径血管移植物力学性能评价体系，并提出基于几何结构设计优化、创新材料工艺实现与自体动脉的力学适配、仿生功能化策略促进内皮化三大优化路径，从生物力学的视角为新一代血管移植物的临床转化提供重要参考。
图1 摘要
心血管类疾病是威胁人类身体健康的最常见疾病，其发病率在我国居于首位，且心血管病患者人数持续增加。冠心病、外周动脉闭塞性疾病、慢性肾功能衰竭建立血液透析通路以及小儿心血管疾病等，这些疾病在血管临床外科大多需要小口径血管移植物进行动静脉移植手术。尽管自体血管（包括乳内动脉、桡动脉和大隐静脉）被视为金标准，但因供体有限与并发症风险，其临床应用受限。目前的合成材料如ePTFE和PET在大口径血管中已成功应用，但在SDVG中面临急性血栓和内膜增生等挑战。过去三十年间，随着组织工程和再生医学的快速发展，许多研究团队通过多种创新技术在开发模拟天然动脉的SDVG方面取得了显著进展。这些移植物在动物模型中显示出良好的通畅率和血管再生能力。然而，在广泛应用于临床之前仍存在重大挑战。人们越来越认识到生物力学因素在血管移植物体内再生中的关键作用，特别是移植后血流动力学以及SDVG与天然血管组织间的顺应性匹配被认为是决定性因素，这些因素可能直接影响SDVG在体内植入后的通畅率。因此，目前关于SDVG生物力学的研究亟需引起研究者更多关注，从而推动SDVG成功走向临床。
图2 血管结构和受力示意图
文章综述了SDVGs在临床应用中的关键生物力学问题及其前沿优化策略。首先概述了SDVGs在血液透析通路、外周动脉疾病治疗等临床场景的应用现状，重点评述了Humacyte等创新企业的核心产品研发进展与临床试验数据。研究团队从生物力学角度深入剖析了SDVGs植入后的主要失效机制，这些力学因素与内膜增生、血栓形成等并发症存在显著相关性。在评价方法学方面，本文总结了涵盖拉伸强度、爆破压力、动态顺应性等关键指标的力学性能评估体系。针对临床中面临的力学挑战，文章提出了多维度的生物力学优化设计策略，包括通过吻合口构型/血管结构设计改善血流动力学，利用多层结构与材料加工工艺调控血管顺应性，采用仿生微结构刺激内皮细胞响应，以及重建血管各向异性特征及残余应力以模拟天然血管力学特性等。此外，还强调了跨尺度仿生设计对促进组织再生和提高长期通畅率的关键作用。本文为突破小口径血管移植物临床转化瓶颈提供了重要的理论支撑和技术路径。
图3 优化设计的不同仿生小口径血管移植物示意图
