基于人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的組織工程技術(shù)研究.pdf

1、組織工程(TissueEngineering)一詞最早由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金委員會(huì)于1987年正式提出。它是應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和工程學(xué)的原理，研究開發(fā)用于修復(fù)或改善人體病損組織或器官的結(jié)構(gòu)、功能的生物活性替代物的一門科學(xué)。其基本原理和方法是將體外培養(yǎng)擴(kuò)增的正常細(xì)胞吸附于一種具有優(yōu)良細(xì)胞相容性并可被機(jī)體降解吸收的生物材料上面形成復(fù)合物，然后將細(xì)胞-生物材料復(fù)合物植入病損部位，在生物材料逐漸被機(jī)體降解吸收的同時(shí)，細(xì)胞不斷增殖、分化，形成新的形態(tài)、功

2、能方面與相應(yīng)組織、器官一致的組織，達(dá)到修復(fù)創(chuàng)傷和重建功能的目的。由于具有重大科學(xué)意義，巨大臨床應(yīng)用前景和潛在的開發(fā)價(jià)值，使其成為研究的熱門課題。目前的研究領(lǐng)域已經(jīng)涉及心臟、骨、軟骨、肝膽、皮膚等多種組織或器官修復(fù)治療。
　　 由創(chuàng)傷或腫瘤導(dǎo)致的骨缺損是臨床常見外科疾病，目前采用的自體骨移植、異體骨移植及人工合成替代品等治療方法存在各自不足，難以滿足臨床需要。組織工程化骨組織研究為骨缺損修復(fù)治療開辟了新的途徑。由于骨缺損在臨床上的

3、常見性和治療上的迫切性，近年來(lái)骨組織工程研究發(fā)展迅速;加之其組成結(jié)構(gòu)相對(duì)單一，組織工程化骨有望成為最早進(jìn)入臨床應(yīng)用的組織工程研究成果之一。而骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(Mesenchymalstemcell，MSCs)具有高增殖率、多分化潛能以及低免疫原性等特性，是最理想的組織工程用種子細(xì)胞。因此，本研究的前兩部分內(nèi)容（即第二章和第三章）主要是基于人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(hMSCs)的骨組織工程技術(shù)研究。第一部分:主要評(píng)估了hMSCs以及hMSCs來(lái)

4、源的成骨樣細(xì)胞復(fù)合聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)支架對(duì)大鼠顱骨極限缺損的修復(fù)效果。將制備的干細(xì)胞支架復(fù)合物及成骨細(xì)胞支架復(fù)合物移植入SD大鼠顱骨極限缺損區(qū)域。同時(shí)利用熒光染料CM-Dil對(duì)植入細(xì)胞進(jìn)行體內(nèi)示蹤。一定時(shí)間后對(duì)大鼠顱骨樣本進(jìn)行大體觀察、組織學(xué)染色等檢測(cè)來(lái)評(píng)估缺損區(qū)域的骨再生情況。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:植入的人源細(xì)胞在大鼠體內(nèi)可存活10周時(shí)間，干細(xì)胞及成骨細(xì)胞支架復(fù)合物均有助于缺損區(qū)域的骨再生。在異種移植模型中，相比成骨細(xì)胞支

5、架復(fù)合物，干細(xì)胞支架復(fù)合物促進(jìn)骨再生能力更強(qiáng)。本研究證實(shí)了基于hMSCs的組織工程技術(shù)應(yīng)用于異種移植的可行性，且未分化干細(xì)胞更適用于異種移植研究。
　　 第二部分:為了進(jìn)一步優(yōu)化骨組織工程技術(shù)體系，尋找最適用于組織工程骨構(gòu)建的支架材料，我們進(jìn)行了接下來(lái)的研究。共聚物復(fù)合支架和生物陶瓷復(fù)合聚合物支架是應(yīng)用于骨組織工程研究的兩種最典型代表。而對(duì)上述支架的生物相容性及骨修復(fù)能力進(jìn)行全面的比較評(píng)估對(duì)于臨床應(yīng)用支架的選擇或改進(jìn)具有重要意義

6、。于是本研究在制備PLGA支架和羥基磷灰石聚乳酸聚合物(nHAP/PLA)支架的基礎(chǔ)上，通過檢測(cè)hMSCs在上述兩種支架上的粘附、增殖以及成骨分化潛能情況對(duì)兩種支架的生物相容性進(jìn)行全面比較。然后將上述兩種支架與hMSCs的復(fù)合物移植到大鼠顱骨缺損區(qū)域?qū)ζ涔切迯?fù)能力進(jìn)行評(píng)估。體外研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)nHAP/PLA支架比PLGA支架更有助于細(xì)胞粘附、胞外基質(zhì)的分泌以及hMSCs向成骨細(xì)胞分化。而移植實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，兩種支架復(fù)合物均有助于缺損區(qū)域的礦

7、化和骨再生，但植入PLGA支架細(xì)胞復(fù)合物的缺損區(qū)域骨重建效果更加理想。nHAP/PLA支架的體內(nèi)骨修復(fù)能力之所以未達(dá)預(yù)期效果，我們認(rèn)為最可能是由于其體內(nèi)降解速度過慢，阻礙了新生組織的生長(zhǎng)所致。這提示我們，理想的骨組織工程支架必須考慮到生物相容性、力學(xué)性能、骨誘導(dǎo)性以及降解性能等，只有各方面性能達(dá)到平衡狀態(tài)才是最理想的。
　　 第三部分:進(jìn)行上述研究同時(shí)，我們一直思索是否可以將該研究思路和技術(shù)體系應(yīng)用于其他組織損傷修復(fù)，拓展其應(yīng)用

8、領(lǐng)域。隨著腹腔鏡膽囊切除術(shù)的出現(xiàn)，手術(shù)引起的膽道損傷數(shù)量顯著增加，且術(shù)后易產(chǎn)生膽道狹窄、膽漏等并發(fā)癥。而目前治療手段均存在各自不可避免的問題。組織工程技術(shù)有望給膽管損傷提供治療新的思路，給病人帶來(lái)新的曙光。本研究的主要目的是評(píng)估人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞復(fù)合膽管仿生支架修復(fù)膽管損傷的可行性，探討組織工程技術(shù)在膽管損傷修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景。我們?cè)谥苽湫滦蚉CL/PLGA雙層膽管仿生支架的基礎(chǔ)上，利用自行設(shè)計(jì)的干細(xì)胞-管道支架復(fù)合物制備裝置制備了高質(zhì)

9、量hMSCs-PCL/PLGA膽管支架復(fù)合物，并將其移植到豬膽管損傷區(qū)域。通過一系列生化及組織學(xué)檢測(cè)評(píng)估膽管損傷的修復(fù)效果。體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明PCL/PLGA膽管支架可支持hMSCs的粘附、增殖以及胞外基質(zhì)分泌，具有良好的組織相容性。較于單純膽管支架，植入細(xì)胞支架復(fù)合物的膽管其損傷修復(fù)效果更好，膽總管吻合口炎癥反應(yīng)更輕。上述研究表明，hMSCs-膽管支架復(fù)合物不僅可以支持膽汁流通，還有利于膽管損傷修復(fù)。此外還證實(shí)了hMSCs應(yīng)用于膽管組織