组织工程技术在心肌干细胞移植领域的应用前景

1.国内外研究现状
   随着现代药物及冠脉血运重建技术的快速发展,在很大程度上缓解了病人的缺血症状,但这些措施都不能从根本上增加有功能的心肌细胞数量,修复坏死的心肌。终末期心力衰竭虽然可以进行心脏移植,但由于供体心脏缺乏以及移植后的免疫排斥反应使其应用受到很大程度的限制。近年来干细胞技术的发展为再生坏死的心肌,改善心梗病人心脏功能提供了新的希望。目前研究较多的胚胎干细胞以及近年研究较热的诱导性多能干细胞iPSC具有较强的分化为心肌细胞的潜能,但由于伦理学和成瘤性的问题,其应用受到一定程度的限制。成体干细胞中研究较多的骨髓来源的间充质干细胞和造血干细胞在体外增殖能力有限,研究发现脂肪组织中也存在大量具有多向分化潜能的干细胞ADSC,其生物学特性与骨髓间充质干细胞BMSC类似,我们的研究甚至发现ADSC比BMSC具有更强的增殖和分化潜能。
   但是细胞的移植过程包括病例的选择、移植途径、移植细胞数量、移植时机、标记追踪技术的选择及移植后局部微环境对移植细胞的生存影响都有方向性,目前没有统一的意见。并且考虑到细胞移植后干细胞到达损伤部位的数量、存活率和治疗效果,以及干细胞移植很难逆转大面积心肌梗死导致的心力衰竭。目前,能解决这一问题的最好的方法就是运用组织工程技术,将干细胞作为种子细胞,结合生物材料在体外构建工程化心肌样组织,然后移植到受损心肌组织部位进行组织再生,以期改善心脏功能。
2. 组织工程技术在心肌梗死治疗中具有广泛的应用前景
  采用组织工程技术修复心肌损伤是近年来出现的一个十分有应用前景的探索方向,特别是出现大面积心肌梗死时,单纯干细胞移植已不能修复受损的心肌,改善心脏功能。国内外学者近年来利用组织工程的方法构建了大量工程化心肌样组织用于心肌梗死治疗。研究均表明利用组织工程技术治疗心肌梗死特别是大面积心肌梗死,效果优于单纯干细胞移植。
   组织工程三大要素包括:细胞,支架材料和生物微环境。干细胞由于具有自我更新和多向分化潜能而成为组织工程重要的种子细胞。因干细胞具有多向分化潜能,可在体内分化为有功能的心肌细胞,修复坏死的心肌组织;分化为血管细胞,直接参与新生血管的生长,缓解局部缺血;分泌多种促血管生长因子和细胞生长支持因子,间接促进血管生长和维持细胞的存活。人类心脏结缔组织是一个三维的胶原纤维网格结构,生物支架构建的三维环境能给予细胞生长以方向性,改善细胞与细胞间的相互作用,模拟体内组织结构,修复坏死的组织。此外,人体心脏是个三维动态的,具有电-机械活动的组织,所以除给予生长在三维支架内细胞一定化学刺激外,为了更好的模拟体内微环境,在体外,也应给与一定的电机械刺激,更好的促进干细胞向心肌细胞分化,促进体外工程化心肌样组织的构建,从而改善移植后心脏功能。已有许多研究证明在体外构建工程化心肌样组织移植治疗心肌梗死,其效果明显好于单纯干细胞移植。而且对于大面积心肌梗死,细胞移植远远不能满足受损心肌的再生修复,组织工程技术的应用恰好解决了这一难题,生物材料作为细胞的载体,可以促进细胞在三维环境下增殖分化,在提供足够量细胞的同时又防止细胞丢失。
3. 目前存在的问题
   虽然结合干细胞与组织工程技术治疗心肌梗死前景乐观,但仍存在以下有待解决的问题:
   (1)如何提高干细胞数量、质量以及分化效率?
   (2)如何寻找和构建能模拟心肌组织结构的仿生生物材料?
   (3)如何在体外模拟体内微环境,提供适于细胞生长的生物微环境?
   这三个问题也是组织工程研究的三大要素。我们的前期研究工作已证明脂肪干细胞(ADSC)来源简便,并可在体外大量扩增,是组织工程中较好的成体干细胞;胶原-壳聚糖电纺生物膜是一种生物相容性好,在体内可降解,降解后不产生任何有害物质的生物材料;心肌细胞培养上清可模拟体内的化学微环境,促进干细胞向心肌细胞分化。
   因此,如何提高心肌细胞分化效率,如何寻找一种更有效的适于心肌移植的组织工程方法,改善心梗后心肌功能,将是今后心肌组织工程研究要解决的几个关键问题,同时,我们相信利用组织工程技术修复心肌损伤将是未来一个非常有前景的治疗策略。

    2013/4/3 11:53:57     访问数:1407
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