GraphicalAbstract气管、支气管狭窄是一种由局灶性或全身性炎症、结核、动态塌陷或恶性肿瘤引起的临床疾病。由于其导致呼吸受阻，严重的气管、支气管狭窄将危及生命。气管支架是一种有效的治疗内在气管、支气管病变和外在气道压迫的手段。但由此带来的并发症（粘液潴留、二次狭窄、迁移等）给气管支架的临床应用带来了巨大的挑战。为此浙江大学机械工程学院的姚鑫骅团队在“ActaBiomaterialia”期刊发表了题为“Aflexibleporouschiralauxetictrachealstentwithciliatedepithelium”的研究，提出了一种柔性多孔手性气管支架，旨在减少或避免这些并发症。该支架以四手性-反四手性杂化结构作为框架，为支架提供足够的支撑性的同时带来了负泊松比特性；同时在框架的孔隙中填充多孔海绵，防止肉芽组织向内生长的同时可以促进气道上皮细胞的粘附，并进一步分化出与原生气管相似的功能性纤毛上皮。为治疗气管、支气管狭窄带来了一种新的思路。柔性多孔手性气管支架的设计过程如图1所示，为了避免传统支架在受拉伸变形时出现的“颈缩”现象，该研究引入了具有负泊松比特性的手性结构作为支架的框架结构。对手性-反手性结构的几何参数进行了详细的讨论。考虑到气管支架的直径和长度由患者气管的尺寸决定，本研究在保持其直径和长度为一个典型尺寸不变的条件下，通过改变杂化单元在轴向和周向的个数设计了不同的杂化框架。并利用商业有限元软件分析了不同的杂化框架发生轴向拉伸变形时的径向变形规律。如图所示，在拉伸载荷下杂化框架的直径先增大后逐渐减小，泊松比从负值逐渐增大并维持在0附近。这有助于气管支架在植入后随着气管发生变形时依然可以保持更大的通气截面，并且增大的直径也可以增加支架与气管壁的摩擦力从而降低支架迁移的概率。图1柔性多孔手性气管支架的设计示意图图手性-反手性框架的有限元分析结果为了避免支架置入后肉芽组织向内生长而导致二次狭窄，该研究中在上述框架的孔隙中填充了多孔硅胶海绵，并且对多孔海绵填充物孔隙率、拉伸强度、界面强度以及营养物质的渗透速率进行了定量评价。如图3所示，在致孔剂和硅胶的质量比为3:1时，多孔海绵具有最佳的综合性能，并且多孔海绵和硅胶手性框架间的界面性能也足够强韧。此外，多孔海绵的葡萄糖渗透速率和常用的多孔PET膜相当，足以保证表面细胞的营养供应。图3多孔硅胶海绵填充物的特性评价在以上的设计和分析的基础上，该研究中采用了间接3D打印与粒子析出工艺相结合的方法制备了柔性多孔手性气管支架。如图4所示，研究人员利用DLP打印支架模具，然后将液体硅胶注入模具中，待手性硅胶框架固化后再在其孔隙中填充含有致孔剂的液体硅胶混合物，固化后在沸水中去除致孔剂就可以得到所述的气管支架。并对支架的力学性能进行的评价，证明了其在保证足够的支撑性的同时具有明显优于普通硅酮支架的通气截面和抗迁移能力。图4柔性多孔手性气管支架制备工艺图5柔性多孔手性支架力学特性最后，研究人员评价了支架的生物相容性，并在气-液界面（Air-liquidinterface）条件下在支架内壁表面种植了人原代支气管上皮细胞并且诱导分化出了纤毛化的柱状上皮细胞。如图6所示，在诱导分化前上皮细胞增殖并融合，形成了一个完整的紧密连接屏障。在气液界面诱导分化后的第14天观察到顶端纤毛，到第1天时纤毛的长度和数量都显著增加。这些结果表明，在制备的手性多孔支架内表面，支气管上皮细胞能够成功粘附、增殖和功能性分化。这有望彻底解决现有硅酮支架应用时出现的粘液潴留问题。图6支架内表面上正常人支气管原代上皮细胞（NHBE）在气液界面（ALI）条件下分化为纤毛上皮总结，本文设计并制备了一种新型的柔性多孔手性气管支架。该支架由四手性-反四手性杂化结构框架和多孔硅胶海绵填充物两部分组成。受益于手性框架的负泊松比特性，支架具有更大通气截面以及更优越的抗迁移性能。多孔海绵为支气管上皮细胞提供了合适的生长及分化环境，它有望像正常气管一样，通过纤毛上皮组织的功能来避免支架内黏液堵塞的并发症。综上所述，所设计的支架为良、恶性气管、支气管狭窄的治疗提供了新的思路。
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