基于人骨髓間充質干細胞的組織工程技術研究.pdf

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

2、能方面與相應組織、器官一致的組織，達到修復創(chuàng)傷和重建功能的目的。由于具有重大科學意義，巨大臨床應用前景和潛在的開發(fā)價值，使其成為研究的熱門課題。目前的研究領域已經涉及心臟、骨、軟骨、肝膽、皮膚等多種組織或器官修復治療。
　　 由創(chuàng)傷或腫瘤導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，近年來骨組織工程研究發(fā)展迅速;加之其組成結構相對單一，組織工程化骨有望成為最早進入臨床應用的組織工程研究成果之一。而骨髓間充質干細胞(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胞。因此，本研究的前兩部分內容（即第二章和第三章）主要是基于人骨髓間充質干細胞(hMSCs)的骨組織工程技術研究。第一部分:主要評估了hMSCs以及hMSCs來

4、源的成骨樣細胞復合聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)支架對大鼠顱骨極限缺損的修復效果。將制備的干細胞支架復合物及成骨細胞支架復合物移植入SD大鼠顱骨極限缺損區(qū)域。同時利用熒光染料CM-Dil對植入細胞進行體內示蹤。一定時間后對大鼠顱骨樣本進行大體觀察、組織學染色等檢測來評估缺損區(qū)域的骨再生情況。體內實驗結果表明:植入的人源細胞在大鼠體內可存活10周時間，干細胞及成骨細胞支架復合物均有助于缺損區(qū)域的骨再生。在異種移植模型中，相比成骨細胞支

5、架復合物，干細胞支架復合物促進骨再生能力更強。本研究證實了基于hMSCs的組織工程技術應用于異種移植的可行性，且未分化干細胞更適用于異種移植研究。
　　 第二部分:為了進一步優(yōu)化骨組織工程技術體系，尋找最適用于組織工程骨構建的支架材料，我們進行了接下來的研究。共聚物復合支架和生物陶瓷復合聚合物支架是應用于骨組織工程研究的兩種最典型代表。而對上述支架的生物相容性及骨修復能力進行全面的比較評估對于臨床應用支架的選擇或改進具有重要意義

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)支架的基礎上，通過檢測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兩種支架的生物相容性進行全面比較。然后將上述兩種支架與hMSCs的復合物移植到大鼠顱骨缺損區(qū)域對其骨修復能力進行評估。體外研究結果發(fā)現nHAP/PLA支架比PLGA支架更有助于細胞粘附、胞外基質的分泌以及hMSCs向成骨細胞分化。而移植實驗結果顯示，兩種支架復合物均有助于缺損區(qū)域的礦

7、化和骨再生，但植入PLGA支架細胞復合物的缺損區(qū)域骨重建效果更加理想。nHAP/PLA支架的體內骨修復能力之所以未達預期效果，我們認為最可能是由于其體內降解速度過慢，阻礙了新生組織的生長所致。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、力學性能、骨誘導性以及降解性能等，只有各方面性能達到平衡狀態(tài)才是最理想的。
　　 第三部分:進行上述研究同時，我們一直思索是否可以將該研究思路和技術體系應用于其他組織損傷修復，拓展其應用

8、領域。隨著腹腔鏡膽囊切除術的出現，手術引起的膽道損傷數量顯著增加，且術后易產生膽道狹窄、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。組織工程技術有望給膽管損傷提供治療新的思路，給病人帶來新的曙光。本研究的主要目的是評估人骨髓間充質干細胞復合膽管仿生支架修復膽管損傷的可行性，探討組織工程技術在膽管損傷修復領域的應用前景。我們在制備新型PCL/PLGA雙層膽管仿生支架的基礎上，利用自行設計的干細胞-管道支架復合物制備裝置制備了高質

9、量hMSCs-PCL/PLGA膽管支架復合物，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檢測評估膽管損傷的修復效果。體外實驗結果證明PCL/PLGA膽管支架可支持hMSCs的粘附、增殖以及胞外基質分泌，具有良好的組織相容性。較于單純膽管支架，植入細胞支架復合物的膽管其損傷修復效果更好，膽總管吻合口炎癥反應更輕。上述研究表明，hMSCs-膽管支架復合物不僅可以支持膽汁流通，還有利于膽管損傷修復。此外還證實了hMSCs應用于膽管組織