Adv Sci (Weinh)：通过磁性纳米颗粒靶向输送雷帕霉素以解决 3D 生物打印体外肺静脉模型中的狭窄问题

肺静脉狭窄（PVS）是一种罕见的疾病，其特征是一个或多个肺静脉（PVs）管腔逐渐变窄。先天性PVS发生在约0.4%的先天性心脏病（CHDs）患者中。在小儿患者中，PVS通常是一种侵袭性疾病，其特征是PVs新生内膜阻塞，导致肺动脉高压、右心衰竭和死亡。在成人中，随着射频消融治疗房颤的应用增加，获得性PVS的报告也在增加（发生率为1-1.5%）。尽管消融后PVS通常比先天性类型报道的发病率和死亡率较低，但这些获得性疾病仍可能高度症状化，伴有呼吸困难甚至咯血。

肺静脉狭窄（PVS）中血管细胞过度增生和管腔大小缩小可能导致肺静脉压升高、肺动脉高压、心脏衰竭和死亡。类似雷帕霉素等化疗药物的使用显示出抑制血管细胞增殖的前景；然而，由于再狭窄和靶向效应等并发症，临床成功受到限制。缺乏能够重现PVS复杂病理生理学的体外模型阻碍了疾病机制和治疗方法的识别。

为此，本研究整合了3D生物打印、功能性纳米粒子和灌流生物反应器，开发了一种新型的PVS体外模型。生物打印的分叉肺静脉构建物被内皮细胞（ECs）种植并灌流，展示了形成均匀且具有活力的内皮的能力。计算建模确定了高风险EC过度增生的分叉点。外加磁场的应用使得能够将携带雷帕霉素的超顺磁性氧化铁纳米粒子定位到分叉处，显著减少了EC增殖，没有出现不良副作用。

这些结果建立了一个3D生物打印的体外模型来研究PV的稳态和疾病，为测试PVS和其他血管疾病的新型或更有效的治疗方法提供了增加通量、可调节性和患者特异性的潜力。

此外，对PVS内膜闭塞病变发病机制的研究表明，内膜增生是PVs梗阻的主要机制，其介导由正常血管细胞（内皮间充质转化，EndMT）的转化/去分化和肌成纤维细胞样细胞的增殖引起。针对和调节参与这些病理生理过程的信号通路（例如，酪氨酸激酶阻断）可以研究PVS的新疗法。在各种化疗化合物中，雷帕霉素，一种哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）抑制剂，最近已显示出作为预防性治疗或减少支架狭窄的潜力，通过靶向血管细胞增殖。雷帕霉素（雷帕霉素）治疗PVS患者，无论是通过全身给药还是通过药物释放支架，都能有效减缓PVs/支架内新生内膜的增殖，并改善中度至重度狭窄患儿的生存率。然而，许多这些患有支架的患者需要重新介入，一些患者发生闭塞，其他患者由于持续的再狭窄需要拆除支架。对于PVS患者使用更高剂量的雷帕霉素治疗存在免疫抑制副作用等其他担忧。此外，长期使用雷帕霉素已显示出减少内皮细胞的生存能力和功能；然而，导致内皮损伤的分子和细胞机制尚未完全检查。

阻碍对PVS机制和治疗进行深入分析的关键限制之一是亚优化的实验模型，特别是无法忠实地模拟疾病复杂病理生理学的体外平台。在本研究中，我们利用基于数字光处理（DLP）的3D生物打印技术以及灌流生物反应器系统开发了一种新型的稳健的体外平台来研究PVS。利用生物打印技术可以根据从医学成像技术（例如MRI或CT扫描）获得的数据制造精确可调的特定患者组织模型，而DLP模式的增强制造速度则促进了大规模制造3D模型，实现了不同治疗方法的高通量筛选。此外，将药物连接到超顺磁性氧化铁纳米粒子（SPIONs）用于通过外加磁场将雷帕霉素靶向递送至受损部位（狭窄）。通过人脐静脉内皮细胞（HUVECs）内皮化的生物打印分叉PV样通道在生理流速下进行灌流。这项工作的结果可能建立了一个高通量和高度可调的体外模型，作为一个研究促进平台，以揭示PVS病理生理学的细胞和分子机制，并提供了开发新的或更有效的PVS和血管缺陷的药物治疗的独特机会。

参考文献：

Ning L, Zanella S, Tomov ML, Amoli MS, Jin L, Hwang B, Saadeh M, Chen H, Neelakantan S, Dasi LP, Avazmohammadi R, Mahmoudi M, Bauser-Heaton HD, Serpooshan V. Targeted Rapamycin Delivery via Magnetic Nanoparticles to Address Stenosis in a 3D Bioprinted in Vitro Model of Pulmonary Veins. Adv Sci (Weinh). 2024 May 2:e2400476. doi: 10.1002/advs.202400476. Epub ahead of print. PMID: 38696618.