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合成血管移植物广泛用于血液透析通路，成功地用于较大的血管修复。在非常小的血管中，如冠状动脉，合成血管移植物却不适用，因此常使用自体的血管，但是其可用性和质量十分有限。因此，临床需要小直径血管移植物，可以提供类似于天然血管的效果。 为了克服合成和自体移植的局限性 ，许多组织工程方法已经被开发出来，以 提供具有适当的机械和生物特性的组织 。波尔多大学Fabien Kawecki和Nicolas L’Heureux团队综述了目前开发的基于支架和无支架的 组织工程血管移植（TEVGs）方法 ，相关工作于2023年3月10日以“Current biofabrication methods for vascular tissue engineering and an introduction to biological textiles”为题发表在《Biofabrication》上。
图1 目前生产人体组织工程血管移植物（TEVGs）的生物制造方法
1. 第一个TEVG
组织工程是一个多学科的研究领域，最常见的方法是通过将细胞和生物材料结合起来生产生物组织。第一个TEVG是在1986年由温伯格和贝尔使用一个多步骤的过程开发的，但TEVG的力学性能较差。
2. 血管移植物的原位工程
依赖于细胞外基质作为支架的技术在20世纪60年代后期被发展出来，这种方法，通常被称为“Sparks’ mandril”，是基于使用患者的异物反应来产生血管移植物。在这种方法中，将金属棒上的编织涤纶®管通过刺伤植入患者的胸腔，以引起纤维化反应，但是这种方法具有显著的局限性。
3. 基于支架的血管组织工程研究方法
（1）可生物降解的合成支架
由于不可降解的SVG和自体血管的局限性，许多实验室在20世纪90年代末开发了使用替代组织工程方法的血管移植。一种方法是 使用与活细胞相关的可降解聚合物 。这种方法的优点是 可以根据特定的机械和几何要求进行调整 。然而，这种方法的缺点是，这种聚合物基质的降解不稳定。目前，Niklason博士的研究小组采用这种方法，在一个复杂的生物反应器中使用长期培养（10周）（图2A）在培养期间，由PGA网组成的生物材料大部分被降解，并被细胞自身产生的细胞外基质（ECM）所取代。 这种方法的挑战是平衡移植物的性能与价格，以成功商业化。
图2 使用生物可降解合成支架和复杂生物反应器生产TEVG
（2）生物支架
1993年，L‘Heureux博士开发了 一种完全由人类细胞和胶原蛋白组成的管状血管模型 。这种等效物是 由组成天然血管的三种主要细胞类型形成的：平滑肌细胞、成纤维细胞和内皮细胞 。这引发了人们对开发自体TEVG进行应用的强烈热情。 但这种移植物表现出相对较弱的力学性能。
Tranquillo博士的团队也使用带有细胞的胶原凝胶开发了血管结构，通过转向纤维蛋白凝胶开发了更有前途的血管。为了克服这种结构的低机械强度，他们 选择了在一个复杂的脉动生物反应器中进行长时间培养的方法（7-9周），以刺激细胞产生ECM （图3）。
图3 使用生物支架和复杂生物反应器生产TEVG
4. 血管组织工程的无支架方法
（1）细胞组装的细胞外基质方法
L‘Heureux博士的研究团队在1998年发表了一种不依赖于外源性支架来产生TEVG的方法。这种方法，有时被称为 自组装组织工程 ，其目的是通过引导间充质细胞在标准组织培养瓶中分泌和组装内源性ECM的能力，来产生细胞组装的细胞外基质（图4A）。 与从活组织中化学提取的蛋白质组成的基质不同，细胞组装的细胞外基质具有类似天然的组织和组成，赋予其生理水平的机械强度和更好的体内整合/重塑的潜力。
图4 使用无支架方法的TEVG的生产过程
（2）细胞聚集装配方法
2010年，Kelm等人描述了一种新的制造方法，生产小直径无支架TEVG的细胞聚集（图4B）。 在他们的研究中，由60孔板中产生了由肌成纤维细胞和内皮细胞组成的微聚集物。然后，将其装入生物反应器，在动态条件下培养7/14天，静态培养14天。他们的结果表明，在7天的动态条件下，在培养基中仍然可见未附着的单个聚集体。当聚集物在动态或静态培养条件下培养14天后，观察到一个完全融合的管状组织。Alexis博士的团队开发了一种有趣的细胞聚集的血管组织工程方法， 使用磁力来控制组织的组织和组装 。这种方法需要将磁性纳米颗粒（氧化铁）并入嵌入牛胶原凝胶中的细胞（大鼠主动脉成纤维细胞或大鼠主动脉SMCs）组成的细胞球状体中。然而，磁性纳米颗粒掺入方法可能涉及细胞摄取，这可能会 对细胞活性产生不利影响 。
图5 血管移植物的生物打印过程流程图
（3）三维生物打印技术
生物打印技术因其优越的特性而能够很好的应用于此，例如能够以高分辨率产生几何复杂的形式，并提高细胞沉积过程的重现性（图4C）。 Norotte等人于2009年开发了第一个生物打印的无支架血管组织。 他们的模型显示，很短时间内，整个组织都出现了凋亡模式，这与 结构核心内缺乏营养和氧气供应 直接相关。此外， 由于ECM的数量有限，这些细胞丰富的结构物的强度也有限 。
Kucukgul等人构建了一个有趣的思路来开发一个无支架的生物打印的大血管结构模型（图5）。与Norotte等人的研究类似，他们的生物打印方法由于非常高的细胞密度和组织周围存在较厚的支撑柱，导致结构内缺乏营养和氧气扩散。
另一种生物打印方法，命名为Kenzan方法，在生物打印的背景下， 由细胞聚集物组成的球状体沉积在微针阵列上，用作载体（图6），然而，这种方法存在一定的局限性，如营养扩散有限、较差的拉伸力学性能等 。
图6 使用3D生物打印方法生物制作无支架管状组织
5. 血管组织工程中的生物纺织方法
（1）生物混合纺织物的方法
生物杂交纺织方法是基于合成生物可降解聚合物基纤维与胶原蛋白等生物材料的结合，为细胞粘附、迁移和生存提供一个适当的环境。电纺丝纳米纤维纺织品被广泛应用于血管组织工程。 第一种生物杂交技术包括将合成和生物聚合物的混合物静电纺丝到心轴上，并将该结构暴露在戊二醛溶液中，以提高其稳定性和力学性能。尽管在测试不同的工艺参数和后处理处理方面付出了巨大的努力，但支架在植入后和早期重塑阶段立即保持结构和功能完整性的力学能力仍然是一个问题。
（2）完全生物纺织的方法
图7 完全生物纺织的方法
1994年，Cavallaro等人与公司合作，报道了一种制造胶原蛋白线的创新方法。这些生物线是通过将牛胶原蛋白（在8.8 mM醋酸中溶解）挤压到20%聚乙二醇的缓冲溶液中，胶原蛋白沉淀成丝而成的。 虽然这些线是由胶原蛋白组成的，但只有一小部分被组装成原纤维，由此产生的基质没有显示出类似自然的超微结构。
在主要的纺织工业方法中，编织被认为是最有前途的，因为 它能够产生具有低孔隙度壁的管状结构，直径不受纵向张力的影响 （图7）。在这个过程中，一组纵向基于细胞组装的细胞外基质的线可以用一个圆周线编织，生成一个TEVG，并缝合到羊的颈动脉上。此外，最近一种使用由人羊膜制成的生物纱生产编织TEVG的方法更经济。
生物纺织方法可以自动化，允许快速和可重复的生产，并促进这些产品的商业化，但是生物纺织方法应不限于TEVG。它们还可以引发许多其他应用的创新，例如简单的非炎症缝合材料、韧带或支持器官发育的中空结构等。
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