組織工程化血管研究進(jìn)展
組織工程是應(yīng)用生命科學(xué)和工程學(xué)的原理和方法，以分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、生物工程學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)、構(gòu)造、改良和培育活組織，用以修復(fù)或重建組織器官的結(jié)構(gòu)，維持或改善組織器官功能的一門新 興的 邊 沿 科 學(xué)，其發(fā)展方向就是制備出功能日益完善的各種組織器官的生物替代物。實(shí)施的具體方法是：將體外獲得的、或經(jīng)培養(yǎng)獲得高濃度的、功能相關(guān)的細(xì)胞種植于天然或人工合成的細(xì)胞外基質(zhì)上，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間培養(yǎng)，再將它們移植到體內(nèi)，以得到新的、 有功能的組織。血管組織工程學(xué)則是應(yīng)用組成血管壁的活細(xì)胞(如內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞)和相關(guān)的細(xì)胞外基質(zhì)，制備重建再生血管材料。
隨著心血管外科的飛速發(fā)展，心血管外科需要各種直徑的血管移植物作為修補(bǔ)材料。臨床已經(jīng)應(yīng)用的血管移植材料有自體血管、異體血管、和人工高分子材料管道(如滌綸Dacron、膨化聚四氟乙烯ePTEF)。盡管其能改善和延長(zhǎng)患者的生命，但均未達(dá)到理想的程度。目前認(rèn)為Dacron、ePTEF在臨床大口徑血管移植中效果可靠，有肯定的遠(yuǎn)期通暢率,在小口徑血管移植中(內(nèi)徑< 6 mm)由于血管中高張力、低血流的特殊狀態(tài)，移植后失敗率高。 自體血管已廣泛應(yīng)用于各種旁路手術(shù)，但CABG術(shù)后大隱靜脈移植物5年和10年通暢率分別為74%和41%。這主要是由于在靜脈“動(dòng)脈化”過(guò)程中靜脈管壁彈性消失、纖維增生管腔狹窄所致。自體動(dòng)脈雖然有較好的遠(yuǎn)期通暢率，但存在來(lái)源不足的問(wèn)題。隨著近年來(lái)組織工程學(xué)的發(fā)展，構(gòu)建組織工程人工血管日益受到重視。理想的人工血管是利用組織工程技術(shù)，將活細(xì)胞種植于血管支架上，制造出一種與受體組織相容性好，無(wú)免疫原性、有活力、耐久、可塑性好的生物血管。這種理想的血管不但具有自我修復(fù)能力，移植后能維持管腔的長(zhǎng)期通暢，而且能為正在成長(zhǎng)的患者提供增長(zhǎng)能力，提高移植血管的長(zhǎng)期療效。
, 百拇醫(yī)藥
1、血管組織工程材料
理想的組織工程化血管應(yīng)具有與生理動(dòng)脈相似的結(jié)構(gòu)與功能。典型的動(dòng)脈管壁由內(nèi)膜、中膜、外膜三層組成；內(nèi)膜主要由內(nèi)皮細(xì)胞及較薄的內(nèi)皮下層組成，內(nèi)皮下層由少量膠原纖維、彈性纖維和平滑肌細(xì)胞組成；中膜主要由10～40層環(huán)行排列的平滑肌細(xì)胞組成；外膜主要是由較疏松的結(jié)締組織組成，其中含有螺旋狀的或縱向分布的膠原纖維和彈性纖維。按其組成成分來(lái)說(shuō)，血管是由內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)組成。內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞具有分泌細(xì)胞外基質(zhì)的功能，而細(xì)胞外基質(zhì)又具有維持組織器官結(jié)構(gòu)，連接細(xì)胞及基質(zhì)，調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、增殖的功能。因此組織工程化血管研究主要包括以下三個(gè)方面：細(xì)胞外基質(zhì)替代物的研究，細(xì)胞的制取、培養(yǎng)、種植的研究和組織工程化血管應(yīng)用的研究。
提供種植細(xì)胞的理想基質(zhì)材料應(yīng)具有以下特點(diǎn)：(1)無(wú)毒性；(2)良好的生物相容性；(3)生物可降解性及降解可調(diào)節(jié)性；(4)不引起機(jī)體的免疫排斥反應(yīng)；(5)可塑性和有一定的機(jī)械強(qiáng)度；(6)良好的表面活性。此類材料根據(jù)來(lái)源可分為人工合成材料和天然材料。
, 百拇醫(yī)藥
可作為組織工程細(xì)胞種植的天然基質(zhì)材料主要有，彈性蛋白、膠原、殼聚糖和去細(xì)胞瓣膜支架、明膠、硫酸軟骨素等。它們包含有特殊信息(如特殊的氨基酸序列)，可促進(jìn)細(xì)胞吸附或使細(xì)胞保留分化功能。但這些材料都是從人類、動(dòng)物或培養(yǎng)的組織上分離獲得的，其價(jià)格較為昂貴，而且不同材料間存在很大的種系差異，因此不可避免的存在一定的免疫排斥反應(yīng)。
目前，常用的人工合成基質(zhì)材料包括：聚乙二醇酸, 聚丙醇酸，聚乙醇酸及共聚物等可降解材料，三者按一定比例混合，可較好地控制降解率和保持預(yù)設(shè)形狀；人工合成材料的另外一種是不可降解材料，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和ePTEE，利用組織工程方法使其內(nèi)皮化，以減少血栓形成及提高血管通暢率。但由于其不降解性，臨床觀察結(jié)果不一。
2、種子細(xì)胞
機(jī)體的細(xì)胞都有一定的抗原性，特別是內(nèi)皮細(xì)胞具有強(qiáng)烈的同種異體原性，所以組織工程細(xì)胞一般采用自體組織細(xì)胞，這一點(diǎn)人們已經(jīng)達(dá)成共識(shí)。構(gòu)建組織工程的細(xì)胞應(yīng)是(1)容易培養(yǎng)，粘附力強(qiáng);(2)其分子結(jié)構(gòu)和功能與正常血管細(xì)胞相似;(3)臨床上易取得，具有實(shí)用性。
, http://www.www.srpcoatings.com
種子細(xì)胞主要有血管壁細(xì)胞，包括血管內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞。間質(zhì)干細(xì)胞具有向骨、軟骨、脂肪、肌肉及肌腱等組織分化的潛能，骨髓基質(zhì)細(xì)胞(MSC)存在多種組織中，尤以骨髓中最多，利用它進(jìn)行組織工程研究有以下優(yōu)勢(shì)：(1)取材方便，簡(jiǎn)單的骨髓穿刺即可獲得；(2)由于間質(zhì)干細(xì)胞取自自體，由它誘導(dǎo)而生成的組織不存在組織配型及免疫排斥的問(wèn)題；(3)由于間質(zhì)干細(xì)胞分化的組織 類型廣泛，理論上講它能分化為所有的間質(zhì)組織類型，如：軟骨、脂肪、肌肉、肌腱、內(nèi)皮細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞等。胚胎干細(xì)胞具有持續(xù)增殖而不分化的能力，以及誘導(dǎo)后可分化形成成熟個(gè)體所有類型細(xì)胞的潛能，但目前人們還不能有效地誘導(dǎo)干細(xì)胞向特定的細(xì)胞類型分化，另外，更困難的是，還不能有效的建立無(wú)免疫原性的胚胎干細(xì)胞，這方面還涉及到倫理道德方面的制約。
3、細(xì)胞分離培養(yǎng)種植
從活體組織提取細(xì)胞的方法有機(jī)械刮取、組織塊移植、酶消化等方法，并根據(jù)不同取材部位的特點(diǎn)來(lái)選用相應(yīng)的方法。組織工程細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)可分為三類：(1)分別提取，分別培養(yǎng)，分層種植。取來(lái)新鮮組織，對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞分別提取，然后各自培養(yǎng)，種植時(shí)先種間質(zhì)細(xì)胞再種植內(nèi)皮細(xì)胞。(2)混合提取，分別培養(yǎng)，分層種植。細(xì)胞提取時(shí)將內(nèi)皮細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞一起取下，體外將細(xì)胞分離，分別加以培養(yǎng)擴(kuò)增，分層種植。(3)混合提取，聯(lián)合培養(yǎng)，混合種植。兩種細(xì)胞一并提取，不分離，聯(lián)合培養(yǎng)，并一起無(wú)序地種植到支架表面。至于哪種方法較好，目前尚無(wú)定論。
, 百拇醫(yī)藥
為促進(jìn)移植后細(xì)胞的黏附性，細(xì)胞生長(zhǎng)及功能的發(fā)揮，使組織工程血管更符合生理需要，在旋轉(zhuǎn)或震蕩條件下種植培養(yǎng)平滑肌細(xì)胞，與靜態(tài)種植比較，前者細(xì)胞附著的數(shù)量、分布的均勻度、生長(zhǎng)情況和纖維蛋白的沉積都優(yōu)于后者，原因是靜態(tài)條件下細(xì)胞會(huì)停留在多孔支架的孔中，并未真正附壁，而旋轉(zhuǎn)或震蕩培養(yǎng)，增加了附壁的機(jī)會(huì)。用脈動(dòng)流培養(yǎng)裝置模擬體內(nèi)環(huán)境，培養(yǎng)液灌注管腔，給予管道165次/分搏動(dòng)的壓力，檢測(cè)構(gòu)件血管的壁厚、膠原蛋白分泌情況，平滑肌細(xì)胞密度及對(duì)縫線的耐受性，均優(yōu)于對(duì)照組并與體內(nèi)血管相似。
4、組織工程化血管的制取
組織工程化血管的生物學(xué)特性是否與有機(jī)體的正常血管一致，這取決于制備組織工程化血管的材料內(nèi)皮細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)的特性以及三者相互關(guān)系。目前組織工程化血管的研究主要有以下三種方法：1內(nèi)皮化的人工血管；2全生物化組織工程化血管；3以可吸收材料為支架的組織工程化血管。
5、問(wèn)題和展望
血管組織工程作為一門新興的前沿科學(xué)，近年來(lái)雖然取得了飛速發(fā)展，但最終廣泛應(yīng)用于臨床仍有許多問(wèn)題需要解決，怎樣進(jìn)一步改善可吸收材料的物理特性，使其與種子細(xì)胞有更好的黏附力及良好的分化、增殖、生長(zhǎng)。組織工程化血管能否長(zhǎng)期耐受血流應(yīng)力的作用，能否進(jìn)行自行改建，尚需大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)來(lái)證實(shí)。雖然存在各種各樣的困難，但隨著新技術(shù)和新方法的出現(xiàn)，將為這方面研究注入新的活力和希望。此外，干細(xì)胞在生物醫(yī)學(xué)的研究日益受到重視，它在整個(gè)生命周期中可以自我增殖且能分化為不同細(xì)胞，構(gòu)建組織工程化血管需要能夠快速擴(kuò)增、分裂能力強(qiáng)、能無(wú)限傳代、細(xì)胞功能旺盛的種子細(xì)胞，干細(xì)胞為這一技術(shù)提供了新的契機(jī)。, 百拇醫(yī)藥(張超紀(jì)任華)
隨著心血管外科的飛速發(fā)展，心血管外科需要各種直徑的血管移植物作為修補(bǔ)材料。臨床已經(jīng)應(yīng)用的血管移植材料有自體血管、異體血管、和人工高分子材料管道(如滌綸Dacron、膨化聚四氟乙烯ePTEF)。盡管其能改善和延長(zhǎng)患者的生命，但均未達(dá)到理想的程度。目前認(rèn)為Dacron、ePTEF在臨床大口徑血管移植中效果可靠，有肯定的遠(yuǎn)期通暢率,在小口徑血管移植中(內(nèi)徑< 6 mm)由于血管中高張力、低血流的特殊狀態(tài)，移植后失敗率高。 自體血管已廣泛應(yīng)用于各種旁路手術(shù)，但CABG術(shù)后大隱靜脈移植物5年和10年通暢率分別為74%和41%。這主要是由于在靜脈“動(dòng)脈化”過(guò)程中靜脈管壁彈性消失、纖維增生管腔狹窄所致。自體動(dòng)脈雖然有較好的遠(yuǎn)期通暢率，但存在來(lái)源不足的問(wèn)題。隨著近年來(lái)組織工程學(xué)的發(fā)展，構(gòu)建組織工程人工血管日益受到重視。理想的人工血管是利用組織工程技術(shù)，將活細(xì)胞種植于血管支架上，制造出一種與受體組織相容性好，無(wú)免疫原性、有活力、耐久、可塑性好的生物血管。這種理想的血管不但具有自我修復(fù)能力，移植后能維持管腔的長(zhǎng)期通暢，而且能為正在成長(zhǎng)的患者提供增長(zhǎng)能力，提高移植血管的長(zhǎng)期療效。
, 百拇醫(yī)藥
1、血管組織工程材料
理想的組織工程化血管應(yīng)具有與生理動(dòng)脈相似的結(jié)構(gòu)與功能。典型的動(dòng)脈管壁由內(nèi)膜、中膜、外膜三層組成；內(nèi)膜主要由內(nèi)皮細(xì)胞及較薄的內(nèi)皮下層組成，內(nèi)皮下層由少量膠原纖維、彈性纖維和平滑肌細(xì)胞組成；中膜主要由10～40層環(huán)行排列的平滑肌細(xì)胞組成；外膜主要是由較疏松的結(jié)締組織組成，其中含有螺旋狀的或縱向分布的膠原纖維和彈性纖維。按其組成成分來(lái)說(shuō)，血管是由內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)組成。內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞具有分泌細(xì)胞外基質(zhì)的功能，而細(xì)胞外基質(zhì)又具有維持組織器官結(jié)構(gòu)，連接細(xì)胞及基質(zhì)，調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、增殖的功能。因此組織工程化血管研究主要包括以下三個(gè)方面：細(xì)胞外基質(zhì)替代物的研究，細(xì)胞的制取、培養(yǎng)、種植的研究和組織工程化血管應(yīng)用的研究。
提供種植細(xì)胞的理想基質(zhì)材料應(yīng)具有以下特點(diǎn)：(1)無(wú)毒性；(2)良好的生物相容性；(3)生物可降解性及降解可調(diào)節(jié)性；(4)不引起機(jī)體的免疫排斥反應(yīng)；(5)可塑性和有一定的機(jī)械強(qiáng)度；(6)良好的表面活性。此類材料根據(jù)來(lái)源可分為人工合成材料和天然材料。
, 百拇醫(yī)藥
可作為組織工程細(xì)胞種植的天然基質(zhì)材料主要有，彈性蛋白、膠原、殼聚糖和去細(xì)胞瓣膜支架、明膠、硫酸軟骨素等。它們包含有特殊信息(如特殊的氨基酸序列)，可促進(jìn)細(xì)胞吸附或使細(xì)胞保留分化功能。但這些材料都是從人類、動(dòng)物或培養(yǎng)的組織上分離獲得的，其價(jià)格較為昂貴，而且不同材料間存在很大的種系差異，因此不可避免的存在一定的免疫排斥反應(yīng)。
目前，常用的人工合成基質(zhì)材料包括：聚乙二醇酸, 聚丙醇酸，聚乙醇酸及共聚物等可降解材料，三者按一定比例混合，可較好地控制降解率和保持預(yù)設(shè)形狀；人工合成材料的另外一種是不可降解材料，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和ePTEE，利用組織工程方法使其內(nèi)皮化，以減少血栓形成及提高血管通暢率。但由于其不降解性，臨床觀察結(jié)果不一。
2、種子細(xì)胞
機(jī)體的細(xì)胞都有一定的抗原性，特別是內(nèi)皮細(xì)胞具有強(qiáng)烈的同種異體原性，所以組織工程細(xì)胞一般采用自體組織細(xì)胞，這一點(diǎn)人們已經(jīng)達(dá)成共識(shí)。構(gòu)建組織工程的細(xì)胞應(yīng)是(1)容易培養(yǎng)，粘附力強(qiáng);(2)其分子結(jié)構(gòu)和功能與正常血管細(xì)胞相似;(3)臨床上易取得，具有實(shí)用性。
, http://www.www.srpcoatings.com
種子細(xì)胞主要有血管壁細(xì)胞，包括血管內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞。間質(zhì)干細(xì)胞具有向骨、軟骨、脂肪、肌肉及肌腱等組織分化的潛能，骨髓基質(zhì)細(xì)胞(MSC)存在多種組織中，尤以骨髓中最多，利用它進(jìn)行組織工程研究有以下優(yōu)勢(shì)：(1)取材方便，簡(jiǎn)單的骨髓穿刺即可獲得；(2)由于間質(zhì)干細(xì)胞取自自體，由它誘導(dǎo)而生成的組織不存在組織配型及免疫排斥的問(wèn)題；(3)由于間質(zhì)干細(xì)胞分化的組織 類型廣泛，理論上講它能分化為所有的間質(zhì)組織類型，如：軟骨、脂肪、肌肉、肌腱、內(nèi)皮細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞等。胚胎干細(xì)胞具有持續(xù)增殖而不分化的能力，以及誘導(dǎo)后可分化形成成熟個(gè)體所有類型細(xì)胞的潛能，但目前人們還不能有效地誘導(dǎo)干細(xì)胞向特定的細(xì)胞類型分化，另外，更困難的是，還不能有效的建立無(wú)免疫原性的胚胎干細(xì)胞，這方面還涉及到倫理道德方面的制約。
3、細(xì)胞分離培養(yǎng)種植
從活體組織提取細(xì)胞的方法有機(jī)械刮取、組織塊移植、酶消化等方法，并根據(jù)不同取材部位的特點(diǎn)來(lái)選用相應(yīng)的方法。組織工程細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)可分為三類：(1)分別提取，分別培養(yǎng)，分層種植。取來(lái)新鮮組織，對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞分別提取，然后各自培養(yǎng)，種植時(shí)先種間質(zhì)細(xì)胞再種植內(nèi)皮細(xì)胞。(2)混合提取，分別培養(yǎng)，分層種植。細(xì)胞提取時(shí)將內(nèi)皮細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞一起取下，體外將細(xì)胞分離，分別加以培養(yǎng)擴(kuò)增，分層種植。(3)混合提取，聯(lián)合培養(yǎng)，混合種植。兩種細(xì)胞一并提取，不分離，聯(lián)合培養(yǎng)，并一起無(wú)序地種植到支架表面。至于哪種方法較好，目前尚無(wú)定論。
, 百拇醫(yī)藥
為促進(jìn)移植后細(xì)胞的黏附性，細(xì)胞生長(zhǎng)及功能的發(fā)揮，使組織工程血管更符合生理需要，在旋轉(zhuǎn)或震蕩條件下種植培養(yǎng)平滑肌細(xì)胞，與靜態(tài)種植比較，前者細(xì)胞附著的數(shù)量、分布的均勻度、生長(zhǎng)情況和纖維蛋白的沉積都優(yōu)于后者，原因是靜態(tài)條件下細(xì)胞會(huì)停留在多孔支架的孔中，并未真正附壁，而旋轉(zhuǎn)或震蕩培養(yǎng)，增加了附壁的機(jī)會(huì)。用脈動(dòng)流培養(yǎng)裝置模擬體內(nèi)環(huán)境，培養(yǎng)液灌注管腔，給予管道165次/分搏動(dòng)的壓力，檢測(cè)構(gòu)件血管的壁厚、膠原蛋白分泌情況，平滑肌細(xì)胞密度及對(duì)縫線的耐受性，均優(yōu)于對(duì)照組并與體內(nèi)血管相似。
4、組織工程化血管的制取
組織工程化血管的生物學(xué)特性是否與有機(jī)體的正常血管一致，這取決于制備組織工程化血管的材料內(nèi)皮細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)的特性以及三者相互關(guān)系。目前組織工程化血管的研究主要有以下三種方法：1內(nèi)皮化的人工血管；2全生物化組織工程化血管；3以可吸收材料為支架的組織工程化血管。
5、問(wèn)題和展望
血管組織工程作為一門新興的前沿科學(xué)，近年來(lái)雖然取得了飛速發(fā)展，但最終廣泛應(yīng)用于臨床仍有許多問(wèn)題需要解決，怎樣進(jìn)一步改善可吸收材料的物理特性，使其與種子細(xì)胞有更好的黏附力及良好的分化、增殖、生長(zhǎng)。組織工程化血管能否長(zhǎng)期耐受血流應(yīng)力的作用，能否進(jìn)行自行改建，尚需大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)來(lái)證實(shí)。雖然存在各種各樣的困難，但隨著新技術(shù)和新方法的出現(xiàn)，將為這方面研究注入新的活力和希望。此外，干細(xì)胞在生物醫(yī)學(xué)的研究日益受到重視，它在整個(gè)生命周期中可以自我增殖且能分化為不同細(xì)胞，構(gòu)建組織工程化血管需要能夠快速擴(kuò)增、分裂能力強(qiáng)、能無(wú)限傳代、細(xì)胞功能旺盛的種子細(xì)胞，干細(xì)胞為這一技術(shù)提供了新的契機(jī)。, 百拇醫(yī)藥(張超紀(jì)任華)
百拇醫(yī)藥網(wǎng) http://www.www.srpcoatings.com/Html/Dir0/15/94/38.htm