DOI: 10.1007/s42242-020-00109-0
組織工程是解決再生醫學中組織修復和器官置換問題的一種新興手段。大型組織中細胞的營養物質和氧氣供應不足，從而導致了對血管的需求。基于支架的組織工程策略是形成新血管組織的有效方法。對血管的需求促使人們對組織工程血管支架的制備工藝進行了系統的研究。3D打印的最新進展有助于制備出符合要求的血管支架，為組織血管化提供了廣闊的前景。本文綜述了血管支架的制備方法、印刷材料和制備工藝的研究現狀，并討論了各種方法的優點和應用領域。特別強調了基于支架的組織工程方法對血管再生的意義和重要性。詳細討論了印刷材料和制備過程。重點關注3D打印技術和傳統制備工藝（包括鑄造、靜電紡絲和類似樂高積木的構建方法），并以相關研究為例進行說明。接下來，討論了血管支架向臨床應用的轉化。此外，還提出了組織工程血管支架3D打印的四個趨勢，包括機器學習、近紅外光聚合、4D打印以及自組裝和3D打印的組合。
圖1.檢索了科學網過去10年中，以3D打印、組織工程、支架和動脈/小動脈/毛細血管/靜脈/小靜脈為主題的統計數據。
圖2.血管的組織和分層結構示意圖。血管由動脈、小動脈、毛細血管、靜脈和小靜脈組成，范圍從幾微米到幾毫米。
圖3.3D打印血管再生用組織工程支架的制備策略。血管支架的制備過程包括細胞培養前的四個階段：3D建模，打印材料的準備，支架的制備過程和表征。基于3D打印的制備工藝可用于制備復雜的血管支架。
圖4.血管支架的建模方法：基于算法的參數建模：Ai通過TPMS算法建模以建立具有不同體積分數的模型。Aii通過基于AI的進化算法進行建模，以設計可重新配置的結構。B基于逆向工程建模以創建血管模型：Bi通過顯微CT掃描進行3D重建。Bii通過MRI掃描進行3D重建。Biii通過CT掃描和參數建模進行建模，以構建復雜的微結構。
圖5.常見水凝膠的交聯過程以及改性SF、功能化MNPs和絲-石墨烯水凝膠的制備：A明膠和GelMA的交聯過程示意圖。B通過改性SF分子制備SF生物墨水。C通過共沉淀和超聲處理，用PLGA制備功能化的MNPs，通過共沉淀和電噴霧制備功能化的MNPs。D通過電場制備絲-石墨烯水凝膠。E海藻酸鹽水凝膠的離子交聯。F明膠和GelMA的熱交聯以及GelMA的光交聯。
圖6.擠出式3D打印構建血管組織工程支架：A通過擠出式3D打印設備制備具有三層中空通道的血管支架。B通過同軸噴嘴輔助3D打印制備具有內置微通道的血管支架。C通過擠出式多噴嘴生物打印機制備含異質材料的體素結構。D通過擠出式3D打印在懸浮浴中制備血管支架。E通過擠出式3D打印在步進電機驅動旋轉管狀模型上制備血管支架。
圖7.噴墨3D打印構建血管組織工程支架：A噴墨3D打印設備。B噴墨3D打印過程：Bi噴墨3D打印過程的示意圖。Bii懸浮式噴墨3D打印方法的示意圖。C EHD 3D打印設備的示意圖。D直徑范圍為500nm-100μm的兩種EHD 3D打印的示意圖。E帶有附加電極的改良版EHD 3D打印設備。
圖8.紫外線輔助3D打印構建血管組織工程支架。A通過立體光刻3D打印制備GelMA支架。紫外光由聚焦系統引導。B通過DLP印刷技術制備雙層核-殼結構。C通過層析重建由體積遞增法制備支架。
圖9.通過鑄造和3D打印制備血管支架的過程：A通過鑄造和擠出式3D打印技術制備血管支架。B通過鑄造和EHD 3D打印以及FDM 3D打印技術制備血管支架。C為了制備心臟模型，通過紫外線輔助3D打印技術制備心臟組織，通過澆鑄以填充基質，通過嵌入式3D打印制備血管網絡。D通過腐蝕鑄造和向血管中灌注溶液來制備血管支架。
圖10.通過靜電紡絲和3D打印技術制備血管支架：A通過靜電紡絲和擠出式3D打印技術制備表面結構。B靜電紡絲和噴墨3D打印技術：Bi通過靜電紡絲和噴墨3D打印技術制備血管支架；Bii通過靜電紡絲和EHD 3D打印技術制備血管支架。C通過靜電紡絲和立體光刻技術制備血管支架。
圖11.用類似樂高積木的構建方法和3D打印技術制備血管支架：A為了制備出具有多種功能模塊的可拆卸整體式血管支架，采用類似樂高積木的構建方法和3D打印技術制備血管支架。B為了制備出具有微通道結構的支架，采用類似樂高積木的構建方法、3D打印和常規鑄造技術制備支架。
圖12.評估由不同集成技術制備的血管支架，以及所采用的制備技術對血管細胞生長和組織血管形成的影響。
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