在水凝胶材料设计中，将血管生成的相关因子与水凝胶材料混合、包裹或者通过化学接枝，使其具备促血管生成的能力，对于组织损伤修复的研究极具应用价值。而如何表征水凝胶材料的促血管生成能力是保证这些研究顺利开展的重要前提。

 

在不同的研究方向中，如水凝胶微球、微针贴片、3D打印支架，由于其研究目的及课题的设计有所不同，研究人员对血管生成功能验证的实验安排也会略有差异。在不同的情况下研究人员一般会选择哪几种实验来验证血管生成功能呢？为方便大家顺利开展与血管化有关的水凝胶实验，本文挑选了3个案例进行说明，供大家参考。

案例一：ACS Nano（IF=18.027 ）：水凝胶微球捕获镁离子促进松质骨再生；2021.08.03

 

图1 复合微球具有“综合多用途”功能，可促进松质骨的再生

 

研究人员利用金属离子的配位反应构建了一种含有Mg2+的可注射水凝胶微球。为了研究水凝胶微球释放的Mg2+对血管化的影响，研究人员选择人脐静脉血管内皮细胞（HUVEC）作为模式细胞，将其分别与GelMA组、GelMA-BP组、GelMA-BP-Mg组这三组复合水凝胶微球的提取液进行共培养；对于这种可释放金属离子的水凝胶微球，研究人员选择了哪些具体实验来对促血管功能加以验证？

 

图2 水凝胶复合微球的体外血管化表征

 

检测方法：

 

体外血管生成实验、qPCR、Western-Blot

 

检测结果：

 

（1）体外血管生成实验的结果显示，GelMA-BP-Mg组的血管成结数量最多、血管生成的总长度最长，这说明该组复合微球释放的Mg2+具有一定的血管生成活性；

 

（2）qPCR和Western-Blot实验的结果显示，GelMA-BP-Mg组VEGF和e-NOS表达水平显著高于其他两组，这些结果表明GelMA-BP-Mg组复合微球可有效释放Mg2+，激活e-NOS和VEGF通路，促进血管再生。

 

参考资料：

 

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c02147

 

案例二：Bioactive Materials（IF=16.874 ）：低温3D打印双传递支架促进骨再生并增强血管形成；2020.08.12

 

图3 一种双传递支架，可促进骨再生并增强血管形成

 

研究人员通过低温3D打印制备了含有成骨肽(OP)的组织工程支架，再将一种血管生成肽(AP)包覆在支架表面。为了验证该复合支架上AP的促血管生成功能，研究人员选择大鼠内皮细胞(ECs)作为模式细胞，分别取T支架（空白组）、TV支架（含AP组）、TB支架（含OP组）、TVB支架（含OP/AP组）这四组支架的提取物与细胞进行共培养实验；对于这种负载功能肽的3D打印支架，研究人员该选择哪些血管化功能的验证实验？

 

图4 支架的血管生成能力

 

检测方法：

 

细胞存活实验（活死染色法）、细胞迁移实验（划痕实验）、体外血管生成实验

 

检测结果：

 

（1）细胞存活实验结果显示，四组支架上的ECs均表现出非常高的存活率；

 

（2）细胞迁移实验结果显示，与空白组T支架相比，负载血管生成肽(AP)的TV和TVB支架提取物明显增强EC的迁移，表明支架上AP的快速释放加速了EC迁移；

 

（3）体外血管生成实验结果显示，与空白组T支架相比，TV、TB和TVB提取物促进血管生成的环和血管网节点数量多，说明了AP的快速释放是加速大鼠内皮细胞（EC）促进EC管的形成，由此促进血管的生成。

 

参考资料：

 

https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2020.07.007

 

案例三：Advanced Science（IF=17.521）：一种具有抗氧化、抗炎、高效血管生成诱导能力的新型微针；2022.05.09

 

图5 一种具有抗氧化、抗炎、高效血管生成诱导能力的新型微针

 

研究人员制备了一种双功能微针贴片，该微针针尖内核部分含有铁-间充质干细胞来源的人工纳米囊(Fe-MSC-NVs)。为了验证该微针Fe-MSC-NVs部分是否可以促进血管生成，研究人员选择人脐静脉血管内皮细胞（HUVECs）作为模式细胞，将其分别与PBS对照组、MSC-NVs组、Fe-MSC-NVs组三组材料进行共培养实验；对于这种多功能的微针贴片，研究人员对其血管生成功能的验证实验该如何设计？

图6 微针贴片的血管生成能力

 

检测方法：

 

细胞增殖实验（EdU法）、细胞迁移实验（划痕实验）、体外血管生成实验

 

检测结果：

 

（1）细胞增殖实验结果显示，Fe-MSC-NVs的增殖率高于MSC-NVs的增殖率；

 

（2）细胞迁移实验结果显示，Fe-MSC-NVs的细胞迁移率高于MSC-NVs；

 

（3）体外血管生成实验结果显示，Fe-MSC-NVs促进HUVEC管形成的效率比MSC-NVs高，具有管状结构更明显、管数更高的特点。

 

参考资料：

 

https://doi.org/10.1002/advs.202103317

 

通过三个案例的学习，相信很多细心的小伙伴不难发现，虽然这些研究涉及的具体内容不同，但大致都可简单概括为一个词— “一分为二”。即，一种模式细胞（血管内皮细胞）—将其与水凝胶复合材料共培养；两类影响—水凝胶复合材料对内皮细胞的行为影响（细胞增殖实验、细胞迁移实验、体外血管生成实验）和血管生成相关基因蛋白的表达影响（实时荧光定量PCR、Western-Blot等分子生物学实验），拿到这些数据，大家离发Paper也不远了。

来源：EFL

关键词： 水凝胶