小口径血管的生物打印进展

曹霞 ，Sushila Maharjan ，Ramla Ashfaq，Jane Shin，Yu Shrike Zhang *

Division of Engineering in Medicine, Department of Medicine, Brigham and Women’s Hospital, Harvard Medical School, Cambridge, MA 02139, USA

1. 引言

血管是把氧气和营养物质输送到组织中并从中携带二氧化碳和其他代谢废物的通道，主要包括三种类型：动脉、毛细血管和静脉，它们在结构组成、尺寸和生理功能上都不同[1]。根据血管内径（inner diameter, ID），可将其分为微血管（ID < 1 mm）、小血管（ID = 1～6 mm）和大血管（ID > 6 mm）[2,3]。

主动脉是人体内最大的血管，它将含氧血液从心脏输送到身体的不同部位。主动脉分支成动脉，动脉进一步分支成更小的血管，称为小动脉。小动脉最终分支成细小的毛细血管，它们是最小的血管。毛细血管可允许氧气、营养素、二氧化碳和其他代谢废物在血液和局部组织之间扩散[4,5]。毛细血管在小动脉和小静脉之间形成一个网络，其中小静脉是非常小的静脉，负责从毛细血管中收集脱氧血液，并将其输送到逐渐增大的静脉中，最后回流进入心脏[6]。

尽管动脉和静脉具有不同的功能，但它们的血管壁都是由不同细胞和细胞外基质（extracellular matrix, ECM）组成。这些细胞和ECM主要分为三个层：内层内膜、中层中膜和外层外膜[图1（a）] [7,8]。毛细血管（ID < 10 µm）由单层内皮细胞（endothelial cells, EC）组成，形成血管的内层（内膜），并被基膜和周细胞包围[图1（b）] [9,10]。小动脉和小静脉（ID = 10～100 µm）由内皮细胞内层（内膜）和周围的平滑肌细胞（smooth muscle cells, SMC）层（中膜）组成[图1（b）]。动脉和静脉（ID > 100 µm）由内皮细胞内层（内膜）、中间的平滑肌细胞层（中膜）及成纤维细胞和ECM成分外层（外膜）组成[图1（b）] [10,11]。血管的不同层及其细胞组成、直径、ECM成分和功能见表1 [12,13]。

表1 血管的一般结构和功能[12,13]

内皮细胞和血管平滑肌细胞是组成动脉和静脉的关键细胞类型。这些细胞类型的相互作用不仅在血管系统的发育中起着关键作用，而且在维持血管内稳态方面也起着关键作用[14]。血管的内皮细胞内层在表型和功能上具有显著的异质性，这是由于它们在血流过程中经历了不同的微环境以及不同水平的压力和剪切应力[15]。……