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组织工程膀胱新进展
作者: 佚名     来源: 本站整理     发布时间: 2010/8/22 20:21:06

 近几年来,随着组织工程学的兴起及其在临床不同领域中的成功应用,尤其进行膀胱的修复或重建的实验与临床研究已成为主要焦点之一,在过去数十年中,各种天然或合成材料作为膀胱组织修复重建的替代材料往往由于机械、结构、功能或生物相容性等方面的问题而常导致手术失败。目前,临床最常用的膀胱替代材料仍为胃肠道,但因其与泌尿系组织结构及生物特性不同而导致许多问题,如感染、代谢紊乱、尿结石形成、穿孔、黏液增多及恶性肿瘤形成等一系列并发症,严重影响患者的生活质量,所以膀胱新的替代材料的研制已迫在眉睫。现仅就有关膀胱组织工程的一些新进展简单介绍如下。

1  组织工程学概况

最早是在1987 年美国科学基金会在华盛顿举办的生物工程小组会上提出,1988 年正式定义为:应用生命科学与工程学的原理与技术,在正确认识哺乳动物的正常及病理两种状态下的组织结构与功能关系的基础上,研究、开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态的生物替代物的一门新兴学科。是细胞生物学、材料学、工程学和

外科学相结合的交叉学科。组织工程有四大要素即种子细

胞、支架、生长因子和培养环境。

2  种子细胞的发展

传统上膀胱组织工程中常用的种子细胞为膀胱移行上皮细胞和膀胱平滑肌细胞。在膀胱组织工程的研究早期,难以克服移行上皮细胞的老化问题,Cilento 等成功实现了移行上皮细胞在体外大规模扩增以来,原代培养基本形成了消化法、组织块法、刮取法和尿脱落细胞法等。近几年,随着干细胞的不断深入研究,其独特的优越性展现在人们的面前。自体膀胱移行上皮和平滑肌细胞作为种子细胞的缺点: ①当机体器官处于终末衰竭时,用于扩增足够细胞的组织标本可能无法获得,而且作为已分化成熟的细胞,在体外培养时,不仅增殖速度较慢,还存在去分化等问题; ②由于染色体端粒的连续性缩短,正常的体细胞只能进行有限的分裂传

,如果达到传代的极限,细胞将衰老并死亡; ③神经源性膀胱的平滑肌细胞在细胞增殖、收缩性及细胞黏附等方面都与正常细胞不同;④不适应于膀胱肿瘤患者。干细胞是一类具有自我更新、高度增殖和多向分化潜能的特殊细胞。根据干细胞的来源、发育阶段、分化趋势可

将它们分为两大类:胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞由于存在伦理、来源、免疫排斥以及在条件不适时易成瘤性等问题限制了其的应用。而成体干细胞中的骨髓间充质干细胞由于具有如下优势倍受研究人员的关注: ①可通过简单的骨髓穿刺取于自体,方便,对机体无害; ②取于自体,由它诱导而来的组织在进行移植时不存在组织配型及免疫排斥; ③具有低免疫原性还可诱导免疫耐受; ③具有多向分化潜能。目前,骨髓间充质干细胞在骨组织、软骨组织、肌组织、肌腱组织、皮肤组织、肾脏组织等的修复重建中都显示出良好的效果。

3  生物支架的选择

应用组织工程培育膀胱,支架的选择和设计十分重要,在移植细胞和宿主细胞的相互作用下,生物支架材料必须能够控制工程器官的结构和功能,使其按照预定的方式生长,它的主要作用是为种子细胞的附着、生长、增殖和新陈代谢提供适宜的微环境,自身会逐步降解吸收,最终被新生组织所替代,它的结构可以引导组织工程器官的结构,并提供机械支持来对抗体内张力,使器官按照预定的结构生长,还可以加载生物活性标记物来调节细胞功能。目前,组织工程细胞支架材料大致可分三类:天然细胞外基质、细胞外基质框架和人工合成细胞外基质替代物。理想的生物支架应该是组织相容性好,可以促进细胞间的相互作用和组织生长;拥有良好的机械和物理性能,并可生物降解和吸收;重建完整器官的同时无炎性反应;降解产物不能有毒性作用或引发炎性反应。天然细胞外基质主要有蛋白多糖、糖蛋白、网状纤维、弹性纤维、胶原、藻酸盐等,其中胶原最为常用,胶原在人和动物体内含量丰富易于提取且能迅速纯化,

过溶酶体酶的作用而降解,其降解率可通过调节植入物的密度及分子内部连接键而改变且含有促进细胞黏附的因子,并能协助纤维母细胞和软骨细胞等保持表型及活性,有很高的张力和弹性,但其塑型性差,且存在不同来源的蛋白质生理学性质不稳定及外来胶原产生免疫反应等问题 。细胞外基质框架主要有膀胱无细胞基质移植物、小肠黏膜下层等。膀胱无细胞基质移植物的化学成分主要为Ⅰ、Ⅲ型胶原和弹性蛋白,其在结构上较好地保留正常膀胱组织细胞外基质的原有特征,由于不含细胞成分,因此抗原性很低。且在抗拉系数、弹性系数等方面与正常膀胱较为接近,其化学成分也和正常细胞外基质相同,植入体内后,可为周围细胞提供迁移、附着的三维结构,而自身将缓慢降解、重构,并逐渐被新的细胞外基质取代 。小肠黏膜下层为分离去除小肠黏膜、浆膜及肌层,形成主要以小肠黏膜下层为主的支架,其内含有生长因子(如成纤维细胞生长因子2、转化生长因子β、血管内皮生长因子等) 、胶原蛋白、糖蛋白、蛋白多糖等,可帮助细胞吸附、移动,并使细胞之间形成连接,促进细胞生长分化,有利于组织的形成。人工合成细胞外基质替代物如聚乙醇酸、聚乳酸和聚乳酸聚乙醇酸复合物等。这些多聚物是生物可降解合成材料,目前已获得美国食品和药物管理局的批准用于临床,

为迄今研究、应用最多的支架材料,已被广泛的用于骨、软骨、斑管、神经、皮肤等组织,显示出良好的应用前景。

4  组织工程技术修复重建膀胱的进展

在过去10 年中,开展了用合成的生物材料替代膀胱壁的研究,目前修复重建膀胱的组织工程技术有两类: ①未种植种子细胞技术,直接应用构建的细胞支架塑型和重建功能性膀胱; ②种植种子细胞技术,将体外扩增的种子细胞(单纯用膀胱移行上皮细胞或膀胱移行上皮细胞联合膀胱平滑肌细胞)接种于细胞支架之上,而后移植体外构建的组织工程化组织入宿主体内继续生长,直至形成替代的膀胱组织。

4. 1  未种植种子细胞技术 以前应用于实验的一些合成材

料包括聚乙烯海绵、四氟乙烯、胶原基质、vicryl 基质和硅酮,大多数因为存在机械、结构、功能或组织相容性问题而失败 1999 年在犬的实验中发现,单纯脱细胞支架修复膀胱,组织皱缩率达58 %[8 ] ,Hattori [9 ] 将胶原海绵镶嵌在网膜内进行膀胱重建,提示胶原海绵复合网膜作为补片可以防止膀胱漏尿,组织学上,复合补片血管化良好。在此类技术中研究

较为成熟的生物材料是小肠黏膜下层。Landman 等腹腔镜下行猪膀胱半切术,实验组以小肠黏膜下层修补后同侧输尿管再植入,对照组则简单行膀胱缝合并行同侧输尿管肾切除术,术前术后分别行血生化、X 线及尿动力学检测,并分别于术后369 周及l2 个月行膀胱标本活检。术后结果显示,1 例实验组动物于再植入部位出现严重的梗阻外其余存活的动物既无输尿管再植处狭窄亦无输尿管肾盂积水。组织学表明,在移植物的周边及中央均可见有肌组织及神经组织。在膀胱容量及顺应性方面二者却并无明显的区别。为了研究使用未种植细胞的不同及小肠黏膜下层在膀胱再生中的可靠性及再生的可能性, Kropp 6 条犬行膀胱部分切除术(40 %) 后以制备的空肠近段或回肠远段来源的小肠黏膜下层进行修补,10 周后取膀胱标本行移植物渗透性、大小及挛缩度等观察,发现所有的小肠黏膜下层材料均可促进膀胱再生,但是只有使用源于> 3 岁的母猪远段回肠的小肠黏膜下层进行修补的膀胱有较一致的膀胱组织再生,并且没有明显的移植物钙化及挛缩。多项研究表明,应用未种植种子细胞技术重建膀胱,移行上皮可以再生,肌层虽然可以出现,但常存在发育不良,并会随时间的延长出现瘢痕形成和移植物萎缩,因而为了达到最佳的膀胱组织再生效果,仍然需要进一步研究

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