四川大学华西医院神经外科关俊文教授团队与疾病系统遗传研究院张定坤副研究员团队合作，于2025年3月在Chemical Engineering Journal发表文章“Nanometabolomics elucidated biological response of 3D printed vascular stents: Towards metabolic reprogramming of metabolome and lipidome”（点击二维码阅读原文）。3D打印血管支架（3D-PVS）为血管相关疾病治疗提供了卓越的解决方案，但其应用过程中的详细分子机制尚不清楚。本研究利用纳米代谢组学（包括基于纳米材料的非靶向/靶向水溶性代谢组学、脂质组学和空间代谢组学）技术阐明了3D-PVS的生物响应特性，揭示其在应用过程中对糖酵解、氨基酸代谢及脂质稳态的调节作用，为其深入的生物医学应用提供了新思路。
3D打印技术有诸多优点且在多领域有广泛应用，3D-PVS（图1）是其在生物医学领域的典型应用之一。血管疾病是发达国家死亡和残疾主要原因，商用血管支架是治疗血管狭窄的有效器械，但传统方法制造的标准支架存在因血管形态异质性、稳定性和生物相容性不理想等导致的问题。相比之下，3D-PVS有生物相容性更好等优点。然而，目前基于3D-PVS的生物响应特性分析大多停留在表型水平，缺乏深入的分子机制研究。幸运的是，纳米代谢组学为解析“3D-PVS-生物体”相互作用的分子机制提供了新途径，但此前对3D-PVS诱导的代谢机制变化在分子水平了解甚少，因此基于纳米代谢组学开展血管支架相关研究具有重要意义与应用前景。
图1 基于纳米代谢组学探索3D-PVS生物响应特性的研究流程
本研究围绕3D-PVS与人脐静脉内皮细胞（HUVECs）和SD大鼠的多维相互作用展开（图2），通过体外和体内建模与分析，利用纳米代谢组学系统探讨了3D-PVS对生物体代谢过程的影响，并验证了其在体内环境的治疗效果。。
图2 基于体内模型的病理学、影像学和生物化学研究
本研究首先对细胞模型进行非靶向纳米代谢组学分析，以初步分析3D-PVS诱导的细胞代谢变化，然后在大鼠模型中进行靶向纳米代谢组学研究，基于上述非靶向纳米代谢组学结果，深入探究3D-PVS诱导的代谢重编程（图3）。本研究是首次使用纳米代谢组学方法在代谢水平上研究3D-PVS生物学效应的尝试。
图3 基于体内模型的靶向水溶性代谢组学研究
非靶向纳米代谢组学结果显示，3D-PVS的体外安全浓度范围（<15 mg/mL）对氨基酸或有机酸相关代谢，以及磷脂、鞘脂或甘油脂相关代谢过程有一定影响。此外，靶向纳米代谢组学结果进一步揭示了体内3D-PVS诱导的糖酵解和氨基酸代谢（包括色氨酸代谢、半胱氨酸和甲硫氨酸代谢、谷氨酸代谢以及赖氨酸代谢）的改变，以及一些脂族（包括PC、PE、PS、MAG、DAG、Cer、SM、CE、Car和FFA）的稳态改变（图4）。基于纳米代谢组学结果，相信这项工作将成为在代谢水平上对3D-PVS的创新性探索，为其在生物化学、医学和工业领域的潜在应用和发展提供思路。此外，基于3D-PVS的纳米代谢组学可被视为对经典代谢组学方法的创新，进一步推动了纳米代谢组学在解析基于3D打印纳米材料的生物响应特性方面的技术和方法不断进步。
图4 “3D-PVS-生物体”相互作用中生物学过程与通路
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