生物復(fù)合材料促進(jìn)子宮內(nèi)膜再生的研究進(jìn)展

李文竹，徐步芳

宮腔粘連（intrauterine adhesion，IUA）是子宮內(nèi)膜基底層部分或全部受損出現(xiàn)的纖維化病理改變，在20 世紀(jì)中葉，Asherman 進(jìn)一步將妊娠后發(fā)生的宮腔粘連命名為Asherman 綜合征以此區(qū)分無(wú)癥狀的IUA。IUA 可出現(xiàn)月經(jīng)異常（閉經(jīng)或月經(jīng)少）、不孕、骨盆異常疼痛、反復(fù)流產(chǎn)和各種產(chǎn)科并發(fā)癥的臨床表現(xiàn)[1]。目前臨床治療IUA 的方法效果不滿(mǎn)意，例如宮腔鏡粘連松解術(shù)的復(fù)發(fā)率高[2]、激素治療目前尚難確定合適的給藥劑量、給藥途徑和給藥時(shí)間[3-5]、宮內(nèi)節(jié)育器幾乎不能誘導(dǎo)內(nèi)膜再生[6]、干細(xì)胞移植面臨低滯留率的挑戰(zhàn)等[7]。

組織工程學(xué)是一門(mén)應(yīng)用生命科學(xué)和工程學(xué)的原理和方法，綜合細(xì)胞生物學(xué)、材料學(xué)等多學(xué)科去認(rèn)識(shí)人或動(dòng)物的正常和病態(tài)組織的結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系，設(shè)計(jì)、改良和培育活組織，研制生物替代品以修復(fù)和重建器官的結(jié)構(gòu)，維持和改善器官功能的新興交叉學(xué)科[8]。治療性生物醫(yī)用材料通過(guò)植入活體系統(tǒng)或與之結(jié)合的方式修復(fù)和增強(qiáng)其功能或直接替代人體器官或組織，現(xiàn)成為該領(lǐng)域的熱門(mén)研究方向之一[9]。其中，由兩種或兩種以上不同材料復(fù)合而成的生物醫(yī)學(xué)材料有著良好的生物相容性和優(yōu)越的理化特性，能夠彌補(bǔ)單一生物醫(yī)學(xué)材料在應(yīng)用過(guò)程中的局限性，甚至開(kāi)發(fā)新的生物學(xué)性能，滿(mǎn)足機(jī)體結(jié)構(gòu)和功能恢復(fù)的不同要求[10]。最近生物復(fù)合材料在促進(jìn)子宮內(nèi)膜再生上表現(xiàn)出了極大的潛力[11]。本文將對(duì)負(fù)載不同治療策略的生物復(fù)合材料及其性能特點(diǎn)和治療效果進(jìn)行詳細(xì)綜述。

1 生物復(fù)合材料的性能和特點(diǎn)

1.1 天然聚合物復(fù)合支架透明質(zhì)酸（hyaluronic acid，HA）是一種親水性的糖胺聚糖，作為一種分布廣泛的細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）成分，其對(duì)許多細(xì)胞和組織功能至關(guān)重要[12]。通過(guò)自動(dòng)交聯(lián)技術(shù)將線性HA 分子制成具有穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的水凝膠，用于預(yù)防IUA 形成[13]。除此之外，HA 水凝膠也可以作為靶向輸送或包裹細(xì)胞的載體用于新型生物醫(yī)學(xué)材料的開(kāi)發(fā)，其可結(jié)合不同的生物醫(yī)學(xué)材料如纖維蛋白，提高其促進(jìn)子宮內(nèi)膜再生的效果。纖維蛋白具有支持細(xì)胞生長(zhǎng)、遷移、增殖和干細(xì)胞分化的能力，Kim 等[14]揭示了包裹蛻膜化子宮間質(zhì)細(xì)胞（decidualized endometrial stromal cells，dEMSCs）的HA 水凝膠結(jié)合纖維蛋白原/凝血酶明顯促進(jìn)dEMSCs 對(duì)子宮內(nèi)膜損傷的再生作用。通過(guò)設(shè)置濃度梯度，他們發(fā)現(xiàn)添加50 mIU/mL 凝血酶提高了這種復(fù)合水凝膠的綜合性能。在后續(xù)IUA 小鼠模型的治療中，添加50 mIU/mL 凝血酶的復(fù)合水凝膠促進(jìn)子宮內(nèi)膜再生和生育功能恢復(fù)的能力要比其他治療組更強(qiáng)，其細(xì)胞間黏附分子、新生血管形成、胚胎著床標(biāo)記物表達(dá)明顯高于只使用HA 水凝膠治療組（P＜0.01）。

以纖維素為原材料制成凝膠或薄膜可用于預(yù)防腹腔鏡或?qū)m腔鏡術(shù)后粘連的形成，但致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致孔徑不夠大，不允許細(xì)胞或藥物遷移，所以限制了其在再生醫(yī)學(xué)上的發(fā)展[15]。添加其他生物醫(yī)學(xué)材料改變孔徑可以擴(kuò)展纖維素應(yīng)用范圍，如結(jié)合絲素蛋白促進(jìn)其與細(xì)胞膜整合素受體結(jié)合提高黏附性，且具備更佳的力學(xué)性能和生物學(xué)相容性[16]。Cai 等[17]將重組人基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1α（recombinant human stromal cell-derived factor-1α，rhSDF-1α）摻入絲素蛋白-細(xì)菌纖維素膜中，發(fā)現(xiàn)復(fù)合膜明顯延長(zhǎng)rhSDF-1α作用，在體外促進(jìn)子宮內(nèi)膜細(xì)胞遷移，體內(nèi)增加子宮內(nèi)膜厚度并改善了受損子宮的妊娠結(jié)局。

殼聚糖是一種易溶解于相對(duì)酸性溶液的天然多糖，具有生物相容性、生物降解性、無(wú)毒和抗菌活性等多種特性。且殼聚糖可以通過(guò)靜電相互作用、疏水相互作用、氫鍵和范德華力一起自組裝成納米結(jié)構(gòu)，也很容易地通過(guò)其氨基進(jìn)行化學(xué)修飾，以獲得所需的特性[18]。為了提高殼聚糖的生物活性作用，添加堿性肝素溶液促進(jìn)殼聚糖凝膠化，提高其與生長(zhǎng)因子的親和力。于是，Wenbo 等[19]制備肝素-殼聚糖水凝膠用于輸送SDF-1α，該凝膠孔徑300～600 nm，可用于小分子承載和運(yùn)輸，且對(duì)于損傷的子宮內(nèi)膜的治療效果顯著，使用SDF-1α 水凝膠7 d 后，小鼠的子宮內(nèi)膜形態(tài)和功能接近正常。

明膠甲基丙烯酰基（gelatin methacryloyl，GelMA）水凝膠由甲基丙烯?；〈c膠原降解產(chǎn)物明膠結(jié)合而成，其中明膠含有許多促進(jìn)細(xì)胞黏附和基質(zhì)金屬蛋白酶靶序列，甲基丙烯酰基取代基可使明膠在光引發(fā)劑的輔助下進(jìn)行光交聯(lián)形成共價(jià)凝膠[20]。Cai 等[21]設(shè)計(jì)一種利用海藻酸鈉和GelMA 制成的開(kāi)放式多孔載藥支架，為堿性成纖維生長(zhǎng)因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）的釋放開(kāi)辟了一條新的途徑。獨(dú)特的復(fù)合材料賦予支架靈活的變形能力，特別是他們采用微流控法制備單分散液滴模板，可調(diào)節(jié)孔隙直徑精確控制藥物流速，促進(jìn)了bFGF 的穩(wěn)定釋放。該支架成功促進(jìn)新生血管的形成、細(xì)胞增殖和子宮內(nèi)膜修復(fù)，后期還需要進(jìn)行生育功能試驗(yàn)以探究其長(zhǎng)期效果。

1.2 人工合成聚合物復(fù)合支架泊洛沙姆屬于一類(lèi)獨(dú)特的合成三嵌段共聚物，在低濃度下形成膠束溶液，在高濃度下形成透明的熱可逆水凝膠，形成凝膠后減少對(duì)細(xì)胞的不必要損傷[22]。因?yàn)榫哂辛己玫纳锵嗳菪院蜋C(jī)械性能，使其在藥物靶向輸送和組織工程上有很大應(yīng)用前景[23]。不過(guò)，純泊洛沙姆對(duì)細(xì)胞因子的親和力較差，肝素常用來(lái)增強(qiáng)泊洛沙姆對(duì)其他組分的親和力。Zhang 等[24-25]將17β-雌二醇（E2）包裹在肝素-泊洛沙姆（heparin-poloxamer，HP）水凝膠中制成緩釋系統(tǒng)，其能夠使E2持久緩慢釋放，通過(guò)一定信號(hào)途徑抑制細(xì)胞凋亡，促進(jìn)子宮內(nèi)膜結(jié)構(gòu)和功能恢復(fù)。除遞送雌激素外，Xu 等[26-27]發(fā)現(xiàn)角化細(xì)胞生長(zhǎng)因子（keratinocyte growth factor，KGF）修飾的HP 水凝膠可能通過(guò)增強(qiáng)細(xì)胞自噬，促進(jìn)IUA 后子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞增殖和血管生成。KGF-HP 體外逆轉(zhuǎn)細(xì)胞損傷，體內(nèi)促進(jìn)子宮內(nèi)膜恢復(fù)到正常形態(tài)，隨后研究者又發(fā)現(xiàn)加入90 μg/mL 的ε-聚賴(lài)氨酸可在體外提高水凝膠黏附力和加速釋放生長(zhǎng)因子。

脫細(xì)胞化和再細(xì)胞化技術(shù)通過(guò)理化和生物酶法去除組織和（或）器官中的細(xì)胞成分，保留其細(xì)胞外完整的三維結(jié)構(gòu)和功能性蛋白，在體外或體內(nèi)誘導(dǎo)細(xì)胞增殖和定向分化[28]。由上述技術(shù)制備的脫細(xì)胞基質(zhì)支架可以結(jié)合其他生物醫(yī)學(xué)材料形成復(fù)合材料用于局部組織修復(fù)。通過(guò)一定處理后，源于原生微環(huán)境的特定生化信號(hào)、基質(zhì)分子和血管網(wǎng)絡(luò)得以保留，有利于細(xì)胞黏附以及誘導(dǎo)不同的細(xì)胞行為[29]。最近，Yao 等[30]將天然蘆薈提取物、泊洛沙姆與脫細(xì)胞子宮衍生納米?；旌现瞥梢环N納米水凝膠支架，在三者協(xié)同作用下，細(xì)胞活性顯著提高，損傷區(qū)域再生和恢復(fù)能力更強(qiáng)。Chen 等[31]將體外脫細(xì)胞獲得羊膜細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)合聚乳酸-乙醇酸（poly lactic-co-glycolic acid，PLGA）微球包裹雌激素治療IUA，結(jié)果顯示雌激素在該微球中分散良好，植入后能夠持續(xù)釋放21 d。治療后子宮內(nèi)膜細(xì)胞增殖和生長(zhǎng)因子表達(dá)，后期還需要?jiǎng)游飳?shí)驗(yàn)去驗(yàn)證這一全新支架的體內(nèi)再生效果。

聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷共聚物（PF-127）是一種經(jīng)美國(guó)食品和藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)的合成化合物，其在室溫下的水基質(zhì)中為液體，但在生理溫度下可形成水凝膠。為了避免PF-127 對(duì)細(xì)胞存活和增殖產(chǎn)生負(fù)面影響，Yang 等[32]向PF-127 水凝膠中添加膜穩(wěn)定劑維生素C 成功促進(jìn)了PF-127包埋的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在體外存活和生長(zhǎng)，移植后子宮內(nèi)膜得到更好的恢復(fù)。這項(xiàng)研究打破了PF-127水凝膠在包封細(xì)胞的局限性，使合成生物醫(yī)學(xué)材料的應(yīng)用更加廣泛。

總之，天然聚合物具備良好的生物相容性和生物降解性，但其自然結(jié)構(gòu)對(duì)于設(shè)計(jì)不同功能要求的支架可能存在一定局限性，未來(lái)有待開(kāi)發(fā)新穎的復(fù)合材料以及設(shè)計(jì)合適的工藝和不同修飾方式來(lái)滿(mǎn)足子宮內(nèi)膜的結(jié)構(gòu)和功能要求。合成聚合物具有更可控的標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量，而且設(shè)計(jì)思路也更加廣泛，但需注意異物對(duì)于細(xì)胞和微環(huán)境的不利影響，未來(lái)還要評(píng)估其對(duì)于炎癥免疫調(diào)節(jié)機(jī)制的影響，從而促進(jìn)復(fù)合生物支架從基礎(chǔ)向臨床轉(zhuǎn)化。生物復(fù)合材料彌補(bǔ)單一材料的劣勢(shì)，增強(qiáng)單一材料優(yōu)勢(shì)，因此尋找最合適的材料組合是未來(lái)組織工程創(chuàng)新的一個(gè)重要方向[33]。

2 復(fù)合支架搭載的治療策略

子宮內(nèi)膜修復(fù)機(jī)制復(fù)雜，不僅涉及細(xì)胞增殖和分化為相應(yīng)功能細(xì)胞，而且還受分泌到子宮內(nèi)膜微環(huán)境的免疫調(diào)節(jié)因子、生長(zhǎng)因子、周期性激素的影響[34]。設(shè)計(jì)新穎的復(fù)合生物支架，關(guān)鍵目的還是在于提高細(xì)胞接種密度，促進(jìn)細(xì)胞增殖分化為功能性子宮內(nèi)膜細(xì)胞，提高激素、藥物和生物活性因子促再生作用。目前，促進(jìn)子宮內(nèi)膜再生的干細(xì)胞來(lái)源廣泛，包括骨髓間充質(zhì)細(xì)胞、骨髓單核細(xì)胞、臍帶來(lái)源的干細(xì)胞、脂肪來(lái)源的干細(xì)胞、經(jīng)血來(lái)源干細(xì)胞和子宮內(nèi)膜周?chē)芗?xì)胞等[35]。有利于子宮內(nèi)膜再生或促進(jìn)胚胎著床的生長(zhǎng)因子種類(lèi)也是多種多樣，如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、堿性成纖維生長(zhǎng)因子和白血病抑制因子等。然而任何旨在模擬自然生物過(guò)程關(guān)鍵方面的治療不應(yīng)只局限于提供單一的微環(huán)境信息，研究人員嘗試提取高效生物制劑或利用組織工程技術(shù)中整合多種生長(zhǎng)因子或者傳遞基因[36-37]，按照優(yōu)化的比例和特定的時(shí)空模式釋放復(fù)合治療制劑。例如，自體富血小板血漿（platelet rich plasma，PRP）能夠?yàn)閾p傷子宮內(nèi)膜提供豐富的活性生物分子，為細(xì)胞生長(zhǎng)調(diào)節(jié)適合的局部微環(huán)境[38]。細(xì)胞外囊泡（或外泌體）作為天然納米載體是細(xì)胞間通訊的重要中介，為微環(huán)境提供豐富的營(yíng)養(yǎng)因子和信號(hào)分子，如細(xì)胞因子、脂質(zhì)體、核酸、微小RNA（miRNA）[39]。這些天然復(fù)合物有著更高的生物利用度和最小化不良反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合生物材料有望成為新一代替代治療。

3 結(jié)語(yǔ)與展望

組織工程為促進(jìn)子宮內(nèi)膜再生提供了眾多新穎的治療嘗試，目前仍處于起步階段。利用工程學(xué)和生物學(xué)原理設(shè)計(jì)合適的生物復(fù)合材料，克服單一生物醫(yī)學(xué)材料的不足，強(qiáng)調(diào)多種生物醫(yī)學(xué)材料的協(xié)同增強(qiáng)作用，旨在獲得更多功能去適應(yīng)更加復(fù)雜的人體微環(huán)境。如果通過(guò)基礎(chǔ)和臨床試驗(yàn)充分驗(yàn)證后可加速生物復(fù)合材料在臨床疾病上的應(yīng)用，這將大大推進(jìn)再生醫(yī)學(xué)和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的發(fā)展。同時(shí)，對(duì)于提高患者治療滿(mǎn)意度、降低醫(yī)療成本和推動(dòng)經(jīng)濟(jì)均衡發(fā)展有著重要的意義。另外，生物復(fù)合材料負(fù)載的治療策略也是醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的一個(gè)重要方向，研究人員正在突破單一干細(xì)胞和生長(zhǎng)因子治療存在的局限性，朝著保留原生內(nèi)環(huán)境信息的高效生物制劑的方向發(fā)展，如自體PRP、脫細(xì)胞復(fù)合物和干細(xì)胞外泌體等。綜上所述，組織工程可能是治療難治性子宮內(nèi)膜纖維化或薄性子宮的合理方法，但這些不同的子宮內(nèi)膜再生技術(shù)方法各有利弊，尤其對(duì)于IUA 患者的長(zhǎng)期安全性和有效性還需要更多的研究。