《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》：Advancing in vitro vascular wall modelling using digital light processing to study hyperglycemia-driven cell changes
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本综述系统阐述了利用数字光处理（DLP）3D打印技术构建丙烯酸酯封端聚乙二醇基聚氨酯（AUP2PEG）支架，并通过明胶甲基丙烯酰（GelMA）涂层功能化，成功建立模拟代谢综合征高糖微环境的体外血管壁模型。研究证实该模型可支持内皮细胞（EC）和间充质基质细胞（MSC）的增殖分化，并精准复现高糖环境对EC存活率的特异性损伤，为人类与马属动物血管病变机制研究提供了创新平台。
引言：代谢综合征的体外建模挑战
代谢综合征（MetS）作为一种以腹型肥胖、胰岛素抵抗和血管壁病变为特征的病理状态，其全球发病率持续攀升。马代谢综合征（EMS）与人类MetS具有高度相似性，尤其表现为蹄部小血管病变导致的蹄叶炎。当前血管研究模型多聚焦二维培养或微毛细血管网络，缺乏对直径＜6 mm的血管模拟。本研究旨在通过数字光处理（DLP）技术构建仿生血管支架，结合生物活性涂层建立可模拟高糖驱动血管病变的体外模型。
材料与方法：支架构建与生物功能验证
研究采用聚乙二醇骨架的丙烯酸酯封端聚氨酯（AUP2PEG）为基材，通过DLP打印制备二维圆盘、狗骨形试样及三维管状支架。通过核磁共振（1H NMR）确认聚合物分子量，扫描电镜（SEM）和微计算机断层扫描（μCT）表征支架形貌与打印精度。表面功能化采用紫外光引发明胶甲基丙烯酰（GelMA）交联涂层与Ⅰ型阿胶原胶原物理吸附两种策略，X射线光电子能谱（XPS）分析显示GelMA涂层形成均匀薄膜（氮原子百分比达10.21%），而胶原涂层覆盖率有限（氮原子百分比仅1.71%）。
生物学评价采用马源静脉内皮细胞（EC）和脂肪源性间充质基质细胞（MSC）。钙黄绿素-AM/碘化丙啶（PI）活死染色显示，GelMA涂层使EC存活率从23.67%提升至97.51%，并支持MSC三系分化（成骨、成脂、成软骨）。高糖模型通过添加甘露醇调控渗透压，采用17.5 mM和35.5 mM葡萄糖浓度模拟病理环境。
结果与讨论：支架性能与高糖应答
力学测试显示DLP打印的AUP2PEG支架杨氏模量为0.6±0.1 MPa，匹配小血管生理刚度范围（人类颈动脉0.40-0.90 MPa）。管状支架水化后尺寸变化可控（长度+13.2%，壁厚-13.5%），SEM图像显示层状圆周结构可能引导血管细胞定向排列。GelMA涂层显著提升细胞相容性：培养7天后，EC和MSC在涂层支架上数量分别增至368.6%和550.7%，且MSC保持多向分化能力，而未涂层组细胞大量死亡。
高糖环境实验揭示细胞特异性应答：35.5 mM葡萄糖培养72小时使EC存活率下降19%，但MSC未见显著损伤。值得注意的是，渗透压控制剂甘露醇（30 mM）单独作用即引起MSC核面积缩小和活力下降，提示3D培养体系对渗透压变化更敏感。衰老实验显示GelMA涂层支架可延缓MSC衰老进程（β-半乳糖苷酶阴性），可能与支架柔韧性（0.738 MPa）远低于组织培养塑料（2.28-3.28 GPa）相关。
结论：仿生血管模型的应用前景
本研究证实GelMA涂层可有效赋予AUP2PEG支架生物活性，支持血管细胞功能维持及病理应答模拟。高糖环境特异性损伤EC的现象与临床血管病变特征吻合，表明该模型适用于代谢综合征相关血管机制研究。未来需优化胶原固定策略以保留天然三重螺旋结构，并探索L-葡萄糖等替代渗透压调控方式，进一步提升模型生理相关性。
