维支架在心肌修复中的应用123513杨文清.ppt

三维支架在心肌修复中的应用 SchoolofBiologicalScienceandMedicalEngineering 杨文清1235132012 12 07 1 2 一 现实状况 3 近年来 我国冠心病的发病率不断上升 冠状动脉旁路移植术 CABG 的病例数逐年增加 随着手术技术逐渐完善 辅助装置在部分重症病例的成功应用 冠心病的外科治疗效果不断提高 同时 提高cABG的远期疗效和危重症冠心病的疗效越来越受到重视 人们在不断寻找新技术与传统外科手段相结合的新的治疗方法 而材料科学与基础医学的交叉在此产生 4 心肌修复是一个令人兴奋的新的治疗概念 主要包括3种不同的方法 诱导或刺激心脏的内源性修复机制 包括动员祖细胞或干细胞到受损部位 或者刺激器官的再生能力 但这一过程中的许多因素是未知的 将分离的细胞直接移植到受损部位 已报道了多种可用于修复受损心肌组织的细胞类型 但是细胞移植后不久发生死亡 与宿主心肌很难发生电机械偶联 运用组织工程技术构建替换组织 从而维持 恢复甚至促进受损心肌的功能 构建的T程化心肌组织可以提供大最活的细胞 或者提供收缩的组织来替代受损心肌 支架材料在大多数组织工程策略中扮演着一个关键角色 支架材料不仅应为细胞提供物理支持 还应使细胞能够形成高度有序的有功能的组织闭 支架材料必须无毒 具有生物相容性 可生物降解 其降解率应该与新生组织形成的时间相匹配 此外 应用于心肌组织工程的支架材料最好能使细胞执行其收缩功能 5 二 最初与目前的支架材料 最初的研究把心肌细胞培养在二氧化钛陶瓷支架或聚苯乙烯微载体珠上 虽然心肌细胞在这些支架材料上可形成组织样结构 但是应用于体内后具有明显的副作用 如难以降解或形成有毒的降解产物 目前 心肌组织工程的支架材料主要包括人工合成聚合物 如聚己内酰胺 PCL 聚乙醇酸 PLA 聚乳酸 PGA 及其共聚物 或天然生物材料 如藻酸盐 胶原或明胶 6 合成聚合物的主要优点在于化学特性明确稳定 较低或无免疫反应 机械性能和几何形状可精确设计等 然而 合成聚合物只能够作为机械支架为细胞生长提供三维空间 其降解产物可能会引发机体的炎症反应 聚乳酸和聚乙醇酸支架降解后引起局部pH值降低 使周围组织发生损伤 对合成聚合物进行化学和物理修饰 可减轻副产物形成和炎症反应的危害 生物材料是天然存在的细胞外基质成分 可根据我们的需要进行选择 然而细胞外基质的复杂成分使得在实验上很难模拟 器官特异性环境 因此 目前应用的生物材料是否比人工合成聚合物更具特异性还不清楚 生物材料的优点在于在体内仅引起很轻微的炎症反应 但生物材料的成分在很大程度上依赖于分离过程 存在批次间的差异 而且很难预料细胞外基质中的其他成分和生长因子对组织形成产生何种影响 7 1 藻酸盐三维支架 Dar等将心肌细胞种植在多孔的藻酸盐支架上 获得细胞分布均匀的高密度的三维心肌组织 某些细胞群在支架孔内可以自发收缩 8 Kofidis等将新生大鼠心肌细胞种植到三维胶原基质中 构建出人工心肌组织 这种人工心肌组织持续有节奏地同步收缩长达13周之久 植入的心肌细胞在三维支架中分布均匀 通过应用Ca2 和肾上腺素 可以促进工程化心肌组织的收缩 2 胶原三维支架 9 3 聚合物三维支架 Bursae等用生物反应器在聚合物支架上培养新生大鼠心室肌细胞 1周后 所有结构的外周都有一组织样区 厚50 70 m 在该区域内分化的心肌细胞有序地排列成多层 形成三维结构 他们将这种结构作为电生理研究的模型 10 三 展望 制造或再生由于损伤 衰老 疾病或基因变异而丧失的心肌组织是可行的 但是 心肌组织工程领域仍然面临巨大的困难和挑战 如何获得足够数量的自体心肌细胞就是其中之一 还需要改善心肌细胞在支架材料三维环境中的存活率 促进工程化心肌组织血管生成和神经分布 增加工程化心肌组织的大小和厚度 同时还要考虑在体外制备心肌组织的多样设计和传输方法 工程化心肌组织移植到体内后 需要维持其结构和功能 并与宿主心肌建立机械和电偶联 此外还要解决免疫排斥等问题 11 谢谢