综述：血管生成：生物学机制与体外模型

时间：2025年4月11日

来源：Annals of Biomedical Engineering

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本文综述聚焦于开发生理相关的人源体外血管模型（in vitro models）以提升生物医学转化效率。针对当前动物模型（pre-clinical testing）的局限性，文章系统探讨了促血管生成细胞因子（angiogenic cytokines）、抑制剂（inhibitors）及仿生微环境构建策略，为优化药物与医疗器械筛选平台提供理论框架，最终推动临床转化（clinical translation）。

血管生成：生物学机制与体外模型

促血管与抑血管因子的动态平衡

血管生成（Angiogenesis）的调控核心在于促血管因子与抑制因子的协同作用。文中重点解析了血管内皮生长因子（VEGF）家族、成纤维细胞生长因子（FGF-2）等关键细胞因子如何通过激活MAPK/ERK通路诱导内皮细胞迁移与增殖。与之拮抗的抑制因子如血管抑素（Angiostatin）和内皮抑素（Endostatin）则通过阻断整合素信号维持血管稳态（homeostasis）。这种“开关式”调控机制为构建体外模型提供了分子靶点库。

仿生微环境设计的三大挑战

现有体外模型需突破三大瓶颈：

力学微环境模拟：脉动剪切力（shear stress_2D）与三维基质刚度（3D stiffness）显著影响内皮管腔形成；
细胞共培养系统：周细胞（Pericytes）与平滑肌细胞（SMCs）的旁分泌信号对血管成熟至关重要；
时空梯度控制：微流控芯片（Microfluidic chip）可生成VEGF浓度梯度，模拟缺血缺氧（hypoxia_O2）微环境。

从实验室到临床的转化路径

基于上述机制，前沿模型如器官芯片（Organ-on-a-chip）已实现毛细血管网络的自组装，其通透性参数（Permeability coefficient_P）接近人体数据。未来需整合类器官（Organoid）技术与单细胞测序（scRNA-seq），建立疾病特异性血管模型（如肿瘤血管异常化），最终形成标准化FDA申报数据集。