組織工程尿道重建的研究進(jìn)展

余和恒 (廣西桂東人民醫(yī)院泌尿外科，廣西 梧州 543001)

尿道重建組織工程學(xué)是將尿道重建與細(xì)胞移植學(xué)、材料學(xué)以及器官生理學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域相結(jié)合的新興學(xué)科。組織工程學(xué)的蓬勃發(fā)展為泌尿生殖系統(tǒng)的修復(fù)重建提供了一個(gè)嶄新的前景［1］。

1 生物支架材料

組織工程技術(shù)采用生物支架作為修復(fù)重建的關(guān)鍵［2-4］，是因?yàn)橹Ъ懿牧蠟榉N子細(xì)胞黏附提供了一個(gè)三維立體空間，促進(jìn)種子細(xì)胞遷移、增殖，促進(jìn)組織的毛細(xì)血管化，以提供細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)，增強(qiáng)生存率。選擇生物材料作為支架的條件為:①具有較好的生物可降解性、相容性;②不引發(fā)免疫排斥反應(yīng);③無(wú)毒性、可塑性等。根據(jù)來(lái)源不同，支架材料可分為人工合成材料和天然生物材料。

1.1 人工合成材料:其材料特點(diǎn)為生物降解能力較好的物質(zhì)，包括聚乳酸(PLA)、聚羥基乙酸(PGA)、聚羥基鏈烷酸酯(PHA)、聚羥基丁酸(PHB)等，易于加工成各種形狀［5］。目前應(yīng)用較多的是PGA、PLA及兩者的聚合物聚乳酸/聚羥基乙酸共聚物(PLGA)。目前廣泛應(yīng)用的組織工程支架材料是PLGA，其降解速度較快，組織相容性好，無(wú)毒，可以控制機(jī)械性能、降解率、微結(jié)構(gòu)等。但是其缺少細(xì)胞外基質(zhì)中的各種生物信號(hào)及功能基團(tuán)，影響了種子細(xì)胞的黏附。日前，已通過(guò)各種表面修飾技術(shù)(包括在材料表面涂敷各種細(xì)胞因子、黏附因子)，以改善其表面特性，增強(qiáng)黏附力。

1.2 天然生物材料:天然生物材料為正常組織的細(xì)胞外高分子物質(zhì)，如膠原蛋白、多聚氨基酸等大分子材料，其可作為細(xì)胞外基質(zhì)的替代物。具有細(xì)胞黏附的優(yōu)勢(shì)，但缺乏物理強(qiáng)度，需在成型后加玻璃管、硅膠管等內(nèi)支撐作為三維支架。還有一種類(lèi)天然生物材料為脫細(xì)胞基質(zhì)或者脫細(xì)胞支架材料，是將生物組織去除實(shí)質(zhì)細(xì)胞，保留相對(duì)完整的細(xì)胞外支架結(jié)構(gòu)。

1.2.1 小腸黏膜下組織(SIS):研究證實(shí)，SIS作為一種脫細(xì)胞基質(zhì)，是一種良好的支架材料，可以促進(jìn)尿道修補(bǔ)處的上皮重生以及新生血管的形成［6］。利用成品SIS進(jìn)行尿道修復(fù)重建，縮短手術(shù)時(shí)間，減少自體取材修復(fù)重建導(dǎo)致的并發(fā)癥。因而是一種安全、有效的重建材料。SIS適應(yīng)證:尿道狹窄長(zhǎng)度較小或者海綿體纖維化較為局限的患者。

1.2.2 尿路上皮的脫細(xì)胞支架:包括尿路上皮的脫細(xì)胞基質(zhì)與脫細(xì)胞支架材料。尿路上皮的脫細(xì)胞基質(zhì)如膀胱黏膜下基質(zhì)(BAMG)在尿道復(fù)重建中已經(jīng)有較長(zhǎng)的歷史［7］，利用BAMG補(bǔ)片的修復(fù)處都顯示出良好的細(xì)胞組成和排列走向。

1.2.3 其他支架材料:尿道修復(fù)可利用彈性蛋白材料進(jìn)行，但管狀化的彈性蛋白不適宜。

1.3 復(fù)合材料修復(fù)重建

1.3.1 體細(xì)胞復(fù)合材料:尿道狹窄或下裂這類(lèi)疾病的治療金標(biāo)準(zhǔn)是在尿道替代手術(shù)中利用口腔黏膜［8］。但是出現(xiàn)了較多并發(fā)癥，如術(shù)后腮腺導(dǎo)管損傷、張口活動(dòng)受限等。利用組織工程的方法復(fù)合重建口腔黏膜，是進(jìn)行尿道修復(fù)重建手術(shù)的新紀(jì)元。

口腔黏膜是近幾年臨床應(yīng)用最廣的尿道替代材料，具有韌性大、抗感染力強(qiáng)的特點(diǎn)。同表皮細(xì)胞相比，口腔黏膜細(xì)胞與尿道黏膜細(xì)胞同屬黏膜組織來(lái)源的細(xì)胞，有望最大程度地模擬尿道黏膜的特性。研究表明［9］，口腔黏膜抵御各種微生物方式在于:一是利用細(xì)胞之間的黏附和連接，阻止微生物的入侵，二則是口腔黏膜上皮細(xì)胞分泌β-防御素和IL-8等多肽和細(xì)胞因子，利用免疫反應(yīng)清除外來(lái)微生物。

1.3.2 干細(xì)胞復(fù)合材料:雖然已經(jīng)在體外成功培養(yǎng)體細(xì)胞，但是也存在較多缺陷，如體外培養(yǎng)增殖率慢，體外培養(yǎng)后功能降低，現(xiàn)在，可以以通過(guò)干細(xì)胞解決這一問(wèn)題［10］。

干細(xì)胞作為一類(lèi)未分化細(xì)胞［11］，其具有自我更新的能力，并能進(jìn)行分化以形成最終成熟的非再生細(xì)胞和效應(yīng)細(xì)胞。其最大優(yōu)點(diǎn)在于，可按照分化途徑進(jìn)行分化，形成與原有組織同樣的材料，最大程度減少了免疫排斥反應(yīng)，增加了治療成功率。

2 種子細(xì)胞培養(yǎng)和種植

2.1 細(xì)胞的來(lái)源和培養(yǎng):種子細(xì)胞是組織工程構(gòu)建組織器官的基本要素，可以從異種、異體組織或者自體組織中獲取，其中自體組織細(xì)胞是首選。目前尿道組織工程構(gòu)建的種子細(xì)胞主要有兩大類(lèi):①已分化完全的成熟細(xì)胞，如膀胱尿路上皮細(xì)胞等;②具有分化能力的干細(xì)胞。種子細(xì)胞工程化組織的構(gòu)建需要大量這樣活性好的種子細(xì)胞。自體組織細(xì)胞通過(guò)體外分離、培養(yǎng)［12］，得到足夠數(shù)量的細(xì)胞后種植于支架材料上，使之黏附及生長(zhǎng)，最終形成具有生物活性的尿道替代材料［13］。

2.2 細(xì)胞的種植:完成組織工程的最后步驟是將細(xì)胞種植于三維支架材料上［14］。按操作時(shí)段不同，種植方式可分為單步種植和兩步種植。單步種植是獲取細(xì)胞懸液后，即刻種植于移植物表面;兩步法是獲得細(xì)胞后首先進(jìn)行體外培養(yǎng)、擴(kuò)增細(xì)胞并達(dá)到一定數(shù)量后再種植。

3 展望

組織工程為尿道修復(fù)與重建提供了廣闊的前景，但是面臨的問(wèn)題也是嚴(yán)峻的，我們需要不斷深入研究這個(gè)新興醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，為其廣泛臨床應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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