小腸黏膜下層在組織修復(fù)重建中的應(yīng)用*

王付燕 陳紅梅

（山東大學(xué)，1 齊魯醫(yī)院眼科，2 齊魯醫(yī)學(xué)院，濟南 250000）

小腸黏膜下層（small intestinal submucosa，SIS）是通過機械方法去除豬小腸的黏膜層和肌層而獲得的一層厚約100 μm的膠原基質(zhì)，由高度保守的膠原、糖蛋白、蛋白多糖以及糖氨聚糖組成[1]。SIS有利于細胞粘附生長、增殖并誘導(dǎo)組織再生，再生的組織結(jié)構(gòu)是重塑而不是瘢痕形成[2]，因而廣泛應(yīng)用于皮膚、腹壁、膀胱、尿道、眶壁、陰道、骨膜等多種組織的修復(fù)重建[3-5]以及神經(jīng)、血管、心瓣膜、骨、肌腱、韌帶、食管、皮膚、半月板、硬腦膜、脂肪等組織工程支架材料[6-8]。美國食品和藥物管理局已批準(zhǔn)其用于臨床組織器官的修復(fù)重建，包括心臟室間隔缺損、頸動脈、疝、肛瘺以及肌腱修補、硬腦膜移植和泌尿道重建等[9-10]。

1 SIS的生物學(xué)特性

SIS含有成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor-2，F(xiàn)GF-2）、轉(zhuǎn)化生長因子（transforming growth factor-beta，TGF-β） 和血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）等[11]多種生長因子，對上皮細胞、血管內(nèi)皮細胞等多種細胞具有刺激生長、促進分化作用，經(jīng)消毒凍干處理后仍可保留生長因子的生物活性[11-12]。SIS不含細胞成分，為宿主細胞提供附著和遷移的自然環(huán)境，促進組織生成及功能恢復(fù)且不引起免疫排斥反應(yīng)。Badylak等[13]將NIH 3T3成纖維細胞、原代人成纖維細胞、角化細胞、人微血管內(nèi)皮細胞及胰島細胞等分別在SIS上單獨或與其它細胞共培養(yǎng)，所有細胞均能在SIS上生長增殖。SIS具有良好的生物安全性，經(jīng)適當(dāng)?shù)臋C械和化學(xué)方法處理，能安全地應(yīng)用于體內(nèi)[14]。還具有一定的抗微生物特性并能在體內(nèi)緩慢降解，降解產(chǎn)物無毒性。研究還發(fā)現(xiàn)SIS具有內(nèi)在的抗凝血活性[15]，使部分凝血活酶時間延長（14.30±1.54）s，抑制內(nèi)在凝血途徑。肝素/硫酸乙酰肝素的存在賦予SIS良好的血液相容性，SIS是一種具有抗血栓特性的生物材料，在心血管疾病的治療中具有很好的應(yīng)用價值。Sun等[16]將脫細胞SIS 經(jīng)冷凍保存、碳二胺鹽酸鹽交聯(lián)等方法重塑為海綿狀，支架呈蜂窩狀、具有大量均勻一致的孔隙，立體環(huán)境能為種子細胞提供足夠的生長空間和機械支撐。Huang等[17]研究表明SIS與碳二胺鹽酸鹽交聯(lián)后具有更強的機械強度以及更優(yōu)越的細胞相容性。通過人為加工處理增強SIS的生物學(xué)特性，拓展了SIS的應(yīng)用空間。

2 SIS在組織修復(fù)重建中的應(yīng)用

2.1 SIS用于泌尿生殖系統(tǒng)的重建

SIS作為天然的細胞外基質(zhì)材料在膀胱成形術(shù)、輸尿管重建、壓力性尿失禁和子宮頸陰道的修復(fù)方面已廣泛應(yīng)用。動物實驗表明SIS與泌尿道上皮細胞、膀胱平滑肌細胞、內(nèi)皮細胞以及周圍神經(jīng)細胞具有良好的組織相容性，SIS復(fù)合尿道上皮細胞能夠促進尿道上皮及新生血管形成，、平滑肌增生[18-19]。Wang和Liao[20]將SIS用于兔膀胱壁的重建，術(shù)后24周組織學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)，誘導(dǎo)再生的膀胱組織含有具有與正常膀胱相似的黏膜下層、平滑肌、漿膜3層結(jié)構(gòu)，再生膀胱組織的自動節(jié)律性和收縮性與正常膀胱相比差異無統(tǒng)計學(xué)意義。已有實驗證明人膀胱上皮細胞和平滑肌細胞能粘附于SIS并呈多層生長[21]。Ding等[22]采用腹腔鏡聯(lián)合SIS移植治療子宮頸和陰道發(fā)育不全或功能障礙病人，結(jié)果發(fā)現(xiàn)子宮頸、陰道重建，術(shù)后幾乎沒有宮頸粘連或者陰道狹窄等并發(fā)癥發(fā)生。Li等[23]報道間充質(zhì)干細胞（mesenchymal stem cells，MSCs）與SIS聯(lián)合能夠獲得上皮細胞表型并促進陰道組織重建。

2.2 SIS用于消化道的修復(fù)

隨著SIS在組織工程領(lǐng)域的逐步應(yīng)用，它也逐步被用于食管、胃、腸等消化道組織的損傷修復(fù)。Tan等[24]將SISCu復(fù)合材料用于修復(fù)缺損食管，促進了食管上皮、血管和肌肉的再生。SIS雖然具有一定的機械強度，但其用于全層食管全層損傷的修復(fù)仍具有一定的局限性，Syed 等[25]報道經(jīng)SDS/Triton X-100處理的管狀SIS可以降低移植排斥反應(yīng)的發(fā)生，增強SIS的機械特性，促進食管的修復(fù)重建。Fan等[26]提出合成聚酯類生物材料（3-羥基丁酸與3-羥基己酸共聚酯，丙交酯與乙交酯共聚合物）能增加SIS的機械強度，為全層食管損傷的修復(fù)提供了新的方案。Nakatsu等[27]將MSCs與SIS聯(lián)合培養(yǎng)用于動物胃缺損的重建，發(fā)現(xiàn)SISMSCs復(fù)合物能夠強促進大鼠胃藥理和電生理學(xué)功能的恢復(fù)，并誘導(dǎo)成纖維樣細胞生長，從而促進了胃的修復(fù)再生。

2.3 SIS用于腱膜組織的重建

早期血管化不足是移植后腹壁缺損治療失敗的主要原因，SIS所含VEGF能夠促進新生血管生成、細胞浸潤和宿主組織長入支架材料。有學(xué)者[28]利用多壁碳納米管作為VEGF的載體與SIS 結(jié)合以維持VEGF在腹壁缺損重建過程中的持續(xù)釋放，從而促進早期血管化的形成，提高腹壁缺損治療成功率。增強再生腹壁的機械強度以防止疝氣發(fā)生是利用組織工程重建腹壁的重點。Song等[29]將腱細胞種植在SIS上重建大鼠模型的腹壁缺損，5～9周時發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料逐漸被宿主新生組織替代，再生腹壁結(jié)構(gòu)完整、無疝氣、粘連和感染等并發(fā)癥發(fā)生。韓超前等[30]再次強調(diào)SIS修復(fù)的缺損腱鞘能有效防止肌腱粘連，提示SIS修復(fù)腱膜組織損傷取得較好的效果，為SIS臨床治療腱膜組織損傷奠定了理論基礎(chǔ)。

2.4 SIS用于心血管系統(tǒng)的修復(fù)

SIS富含大量的膠原蛋白和生長因子，能促進收縮蛋白的表達從而提高心臟生理收縮速度，有研究者提出SISMSCs復(fù)合支架能夠降低心血管系統(tǒng)的免疫反應(yīng)，為心血管系統(tǒng)疾病的治療提供新的思路[31]。Zafar等[32]將SIS制成管式三尖瓣用于修復(fù)綿羊心臟瓣膜缺損，植入綿羊體內(nèi)8個月后發(fā)現(xiàn)SIS生物瓣膜具有與正常生物瓣相似的結(jié)構(gòu)和機械性能，并且沒有炎癥反應(yīng)和鈣化的發(fā)生。在SIS修復(fù)羔羊肺動脈缺損的實驗中，重建的肺動脈腔內(nèi)皮細胞化并有平滑肌細胞形成[33]。Rong等[34]將內(nèi)皮祖細胞（endothelial progenitor cells，EPCs）與SIS體外混合培養(yǎng)，SIS能顯著的促進EPCs體外增殖并形成腔狀結(jié)構(gòu)，此實驗表明SIS負載EPCs用于人工血管的再建具有一定的可行性。

2.5 SIS用于皮膚再生

組織工程皮膚是當(dāng)前研究的熱點之一，尋找具有更高生物活性和安全性的皮膚覆蓋物是研究的重點關(guān)鍵。黃偉鋒等[35]報道機械-化學(xué)法以及機械-酶消化法制備的SIS具有良好的生物相容性以及免疫原性，通過復(fù)合成纖維細胞可構(gòu)建真皮替代物，提出SIS因而可作為構(gòu)建組織工程化皮膚細胞載體的選擇。Sun等[16]報道脫細胞SIS經(jīng)碳二胺鹽酸鹽交聯(lián)后結(jié)構(gòu)合理、柔韌適度，可作為組織工程皮膚支架材料。研究表明SIS 覆蓋皮膚缺損創(chuàng)面可以減少創(chuàng)面出血和滲出，促進血管內(nèi)皮細胞增殖和新生血管生成，從而加快創(chuàng)面愈合、提高傷口愈合率[36]。Huang等[37]提出SIS支架復(fù)合脂肪干細胞有望為全層皮膚的構(gòu)建提供新的方向。

2.6 SIS用于板層角膜重建

組織工程人工角膜是當(dāng)前眼科界研究的熱點，理想的支架材料是關(guān)鍵要素。Ana等[38]報道Triton X-100處理的SIS在有效脫除細胞成分的同時能完整的保留膠原等細胞外基質(zhì)，為SIS安全有效的用于組織工程板層角膜的重建奠定了理論基礎(chǔ)。賈曉靜[39]將兔角膜內(nèi)皮細胞與SIS聯(lián)合培養(yǎng)構(gòu)建角膜后板層，兔角膜內(nèi)皮細胞可在SIS上粘附生長，表現(xiàn)出良好的生物相容性，提示SIS可作為角膜內(nèi)皮細胞的載體材料。Goulle[40]將豬SIS用于106例狗和貓的角膜修復(fù)，術(shù)后觀察3個月發(fā)現(xiàn)實驗動物的視力均得以保留，僅5例狗的角膜因明顯色素沉著導(dǎo)致視覺障礙。SIS具有良好的生物相容性、機械性能以及低免疫原性等特點是作為組織工程板層角膜良好的支架材料的理論和實踐基礎(chǔ)，有望為角膜疾病患者提供復(fù)明的機會[41-42]。

2.7 其他

隨著SIS研究的逐步深入，其用于組織修復(fù)重建的領(lǐng)域得到也不斷的擴展。Choi等[43]將SIS用于瘢痕性聲帶的再生、獲得滿意的效果。有學(xué)者進一步研究發(fā)現(xiàn)SIS負載肝細胞生長因子（hepatocyte growth factor，HGF）、促進損傷聲帶的功能性重塑[44]。D’Eredità[45]報道SIS用于兒童鼓膜成形術(shù)即安全又有效而且能縮短手術(shù)治療時間。Shim等[46]提出SIS能夠誘導(dǎo)周圍神經(jīng)的再生，這一發(fā)現(xiàn)對臨床神經(jīng)損傷患者的治療具有重要的意義。Zhang等[47]報道SIS與牙髓干細胞（dental pulp stem cells，DPSCs）體外共培養(yǎng)條件下有良好的生物相容性，作為支架材料對于 DPSCs 有較好的牙向誘導(dǎo)作用。

SIS作為一種天然細胞外基質(zhì)類材料，具有良好的生物相容性、機械性能以及低免疫原性等特點。采用不同的方法將SIS加工成海綿狀、管狀、復(fù)層，或與碳二胺鹽酸鹽交聯(lián)，借助多壁碳納米管負載VEGF等可顯著提高SIS的生物學(xué)特性，使SIS的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍得到不斷地拓展。SIS用于組織器官修復(fù)重建的前景較為廣闊光明，但仍存在一些不足：如何篩選合適的制備方法，以最大程度保留SIS的生物學(xué)功能仍需進行深入的研究和探討；異種SIS本身為不含細胞的細胞外基質(zhì)，但是其移植后的生物安全性問題也需進一步研究；移植成功的關(guān)鍵取決于材料降解速度與組織重建速度的平衡，如何控制SIS的降解速度使其釋放的細胞因子更好促進細胞的粘附與增殖仍需要深入探討；SIS對組織修復(fù)和重建的長期效果還有待進一步觀察。