血管组织工程研究进展

1、血管组织工程研究进展    【关键词】血管组织工程       组织工程的概念是美国科学基金会于1987年提出的，是综合应用生命科学和工程学的原理，研制并开发出组织、器官的替代物以解决组织缺损和器官损伤的修复和重建问题。血管组织工程是指利用血管壁的正常细胞和生物可降解材料来制备、重建和再生血管替代材料的科学。目前国内外已经进行了较多的研究以期研制出无免疫原性、抗血栓形成、组织和细胞相容性高、具有一定强度和生长性并能广泛应用于临床的血管替代物，以解决临床上治疗血管狭窄或闭塞导致的缺血性疾病自体血管移植中血管

2、来源有限的问题1。    血管组织工程的研究内容主要包括三个方面：种子细胞的研究；细胞外基质（extracellularmatrix,ECM）替代物的研究；组织工程血管（tissue engineered tissue）三维培养的研究。    1  种子细胞的研究    血管组织工程所应用的种子细胞包括内皮细胞、平滑肌细胞和成纤维细胞。内皮细胞覆盖于血管的内表面，呈单层排列，并能分泌多种血管活性因子如内皮素、前列腺素、NO等，具有抑制血小板聚集、抗血栓形成及抗内膜增生的作用2，从而保持血管的稳定

3、性。内皮细胞在人3和动物4的血管移植物模型中已显示出提高血管通畅率的能力。因此，内皮细胞是血管组织工程中最重要的种子细胞。    1.1  血管壁细胞  自体血管壁细胞具有无免疫原性，在体外进行培养、扩增后广泛应用于组织工程血管的研究。其来源主要有以下几个：自体非必须的血管（如大隐静脉）；腹膜或皮下脂肪组织（如微血管内皮细胞）。自体血管壁细胞的获取是一种机体侵入性操作，尤其是动脉的获取对机体危害更大，自体静脉位置表浅，取材相对方便。Schnell等5做了在心血管组织工程中大隐静脉与主动脉组织作为种子细胞的比较研究，结果显示大隐静脉平滑肌细胞具有

4、良好的活性及增殖能力，经培养种植于生物可吸收支架后，其胶原的形成和机械特性均优于主动脉。但是从体内血管壁中获取的内皮细胞量不多，在体外培养过程中生长缓慢，且传代58代后迅速发生衰老。Pasic6用网膜脂肪来源的微血管内皮细胞进行动物试验，证实可明显提高血管通畅率，减低内膜增生，这种方法短期内可获得足量的细胞数，但不易纯化且抗血流应力差。采用自体内皮细胞作为种子细胞还存在经过传代扩增、鉴定等程序后种植于组织工程血管上需要较长的时间等问题，如何便捷有效的获取种子细胞，是影响血管组织工程临床应用的一个重要问题。    1.2  干细胞  干细胞是一种

5、未分化的、能够自我复制的原始细胞，具有高度分化增殖能力，可以在一定条件下，分化成各种组织细胞如内皮细胞等。因此，干细胞有可能是血管组织工程最理想的种子细胞。按其来源，分为胚胎干细胞和外周干细胞。胚胎干细胞培养技术复杂、涉及一系列伦理道德问题，临床应用困难，因而外周干细胞作为组织工程血管种子细胞的研究成为研究热点。    2  支架材料的研究在组织工程血管构建中血管组织支架是活细胞在体外生长所需的支持物，是种子细胞生长增殖的三维空间，便于细胞粘着、生长、进行新陈代谢。因此，在组织工程血管制备中需要具有良好的生物相容性，可塑性强，来源广泛，有一定的抗张强度和

6、无免疫原性的支架材料。根据来源和性能，目前研究应用的材料分为天然生物生材料和合成材料两种。    2.1  天然材料  本身来源于生物机体，具有良好的细胞亲和力，能为细胞生长、繁殖、分化提供近似体内组织发育的ECM支架条件，其生物相容性、顺应性以及免疫排斥性低等特点优于合成材料。天然生物材料分为大分子结构材料，如胶原、甲壳素等；脱细胞组织基质材料，如脱细胞真皮基质、脱细胞血管基质等。他们本身有的包含许多生物信息，能够提供细胞所需的信号，对细胞的维持和粘附具有优势。Heureux等在含有抗坏血酸的培养系统中，培养人平滑肌细胞，形成一薄层后再卷曲塑

7、型为具有三维结构的管状，在其内表面种植内皮细胞，外层种植成纤维细胞构建了具有良好的力学特性，抗破裂压为2000mmHg的全生物化组织工程血管，动物体内短期移植显示易于手术操作，缝合性良好18。国内张炎等19采用以酶消化为主的方法制备猪颈总动脉脱细胞支架，再种植犬胸主动脉的平滑肌细胞，培养4周，经组织学染色和电镜观察显示：在猪颈总动脉脱细胞支架上，犬血管平滑肌细胞大量生长，组织学和电镜结构与正常血管壁结构类似。结果表明，成功地构建了全生物化组织工程血管。Borschel20从鼠髂动脉获取脱细胞血管基质，再种植鼠血管内皮细胞，将制备的组织工程血管植入同基因鼠股动脉，术后未抗凝治疗，4周后其通畅率为

8、89%，组织学染色可见其腔面完全内皮化，并见向血管壁长入的平滑肌细胞，为小直径（3mm）血管移植提供了一种可能的方法。    2.2  人工合成材料  分为非生物降解材料和可生物降解材料两种。由于非降解材料的许多不足，如支架材料不能降解，构建的血管不具备血管收缩性且易发生吻合口处内膜增生，非降解材料逐渐被淘汰。可生物降解材料常用的有聚乙醇酸（PGA）、聚乳酸（PLA）、PGA与PLA共聚物（PLGA）等。用此类材料为支架构建的血管，有良好的组织相容性和可塑性，在完成一定时间的机械支撑作用后，在体内可逐渐分解为小分子物质，降解速率和三维结构易于调

9、控；缺点是工艺复杂，价格昂贵，降解产物如不能立即吸收散去，仍然会刺激局部组织。Nillason等用PGA为支架成功构建的血管，经检测生物力学特性，其血管抗破裂压2000mmHg，抗缝合强度90g，胶原含量超过50%。移植于猪的髂动脉后血管通畅良好21，初步达到了较好的结果。但经进一步研究发现PGA为支架机械支撑力较弱，不能抵抗平滑肌细胞产生的收缩力，而且其降解速度快，很难维持预先设计的形态。在压力较高的循环系统中将难以耐受压力而形成动脉瘤。聚羟基乙酸顺应性不佳导致湍流易形成吻合口血栓或内膜增生。Xu等22将聚L丙交酯和聚已酸内酯按31的比例合成了可降解的纳米纤维共聚物poly(llactidc

10、oEcaprolactone),P(LLACL)其纤维直径为500nm，具有生物血管中层细胞及纤维原定向生长的微环境结构。将SMCs种植于P（LLACL）支架上，发现SMCs沿P（LLACL）纤维纵轴粘附、迁移并表达出梭状、具有收缩功能的表型。并且发现平滑肌细胞骨架蛋白也沿着纤维方向分布、聚集，SMCs的粘附和复制能力也大为提高。这种高度模仿生物血管微环境的纳米纤维是一种理想的血管组织工程支架。但目前欠缺动物以及人体实验，其具体的应用还需进一步研究。Williamson23以聚乙酸内酯（PCL）和聚亚安酯（PU）做成血管支架，然后种植人脐带静脉内皮细胞到未经改性处理的支架上，发现内皮细胞对其有

11、良好的黏附生长能力，并能形成单层，且分泌一氧化氮（NO）等功能不受影响，表明PCLPU有望作为一种良好的支架材料。    2.3  复合生物材料  天然生物生材料和合成材料都存在一定的不足。将两者按照一定的方法予以组合可构建成一种复合基质，可以发挥两者的各自优势。高分子材料可以提供一个稳定的环境并且可以塑造成各种形状，生物材料在维持组织完整、保护实质细胞、介导信号传导、调控细胞表型、诱导细胞黏附、增殖、分化和移行等方面具有不可忽视的作用。熊猛22通过用交联胶原包埋处理聚羟基乙酸（Polyglycolic acid,PGA），形成胶原加聚羟基乙酸管形支架，并接种牛血管内皮细胞于其内腔面，采用动态旋转培养技术体外培养10d，该支架具有一定弹性和韧性，在培养液中，能较长时间保持形状，内皮细胞在其内表面形成较完整内皮细胞层，覆盖率约72.6%±3.5%，表明此支架可以作为组织工程技术并造血管的较理想支架之一。He24等以