组织工程化血管研究进展
组织工程是应用生命科学和工程学的原理和方法，以分子生物学、细胞生物学、生物工程学和临床医学为基础，设计、构造、改良和培育活组织，用以修复或重建组织器官的结构，维持或改善组织器官功能的一门新 兴的 边 沿 科 学，其发展方向就是制备出功能日益完善的各种组织器官的生物替代物。实施的具体方法是：将体外获得的、或经培养获得高浓度的、功能相关的细胞种植于天然或人工合成的细胞外基质上，经过一段时间培养，再将它们移植到体内，以得到新的、 有功能的组织。血管组织工程学则是应用组成血管壁的活细胞(如内皮细胞、平滑肌细胞)和相关的细胞外基质，制备重建再生血管材料。
随着心血管外科的飞速发展，心血管外科需要各种直径的血管移植物作为修补材料。临床已经应用的血管移植材料有自体血管、异体血管、和人工高分子材料管道(如涤纶Dacron、膨化聚四氟乙烯ePTEF)。尽管其能改善和延长患者的生命，但均未达到理想的程度。目前认为Dacron、ePTEF在临床大口径血管移植中效果可靠，有肯定的远期通畅率,在小口径血管移植中(内径< 6 mm)由于血管中高张力、低血流的特殊状态，移植后失败率高。 自体血管已广泛应用于各种旁路手术，但CABG术后大隐静脉移植物5年和10年通畅率分别为74%和41%。这主要是由于在静脉“动脉化”过程中静脉管壁弹性消失、纤维增生管腔狭窄所致。自体动脉虽然有较好的远期通畅率，但存在来源不足的问题。随着近年来组织工程学的发展，构建组织工程人工血管日益受到重视。理想的人工血管是利用组织工程技术，将活细胞种植于血管支架上，制造出一种与受体组织相容性好，无免疫原性、有活力、耐久、可塑性好的生物血管。这种理想的血管不但具有自我修复能力，移植后能维持管腔的长期通畅，而且能为正在成长的患者提供增长能力，提高移植血管的长期疗效。
, 百拇医药
1、血管组织工程材料
理想的组织工程化血管应具有与生理动脉相似的结构与功能。典型的动脉管壁由内膜、中膜、外膜三层组成；内膜主要由内皮细胞及较薄的内皮下层组成，内皮下层由少量胶原纤维、弹性纤维和平滑肌细胞组成；中膜主要由10～40层环行排列的平滑肌细胞组成；外膜主要是由较疏松的结缔组织组成，其中含有螺旋状的或纵向分布的胶原纤维和弹性纤维。按其组成成分来说，血管是由内皮细胞、平滑肌细胞、细胞外基质组成。内皮细胞和平滑肌细胞具有分泌细胞外基质的功能，而细胞外基质又具有维持组织器官结构，连接细胞及基质，调节细胞生长、分化、增殖的功能。因此组织工程化血管研究主要包括以下三个方面：细胞外基质替代物的研究，细胞的制取、培养、种植的研究和组织工程化血管应用的研究。
提供种植细胞的理想基质材料应具有以下特点：(1)无毒性；(2)良好的生物相容性；(3)生物可降解性及降解可调节性；(4)不引起机体的免疫排斥反应；(5)可塑性和有一定的机械强度；(6)良好的表面活性。此类材料根据来源可分为人工合成材料和天然材料。
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可作为组织工程细胞种植的天然基质材料主要有，弹性蛋白、胶原、壳聚糖和去细胞瓣膜支架、明胶、硫酸软骨素等。它们包含有特殊信息(如特殊的氨基酸序列)，可促进细胞吸附或使细胞保留分化功能。但这些材料都是从人类、动物或培养的组织上分离获得的，其价格较为昂贵，而且不同材料间存在很大的种系差异，因此不可避免的存在一定的免疫排斥反应。
目前，常用的人工合成基质材料包括：聚乙二醇酸, 聚丙醇酸，聚乙醇酸及共聚物等可降解材料，三者按一定比例混合，可较好地控制降解率和保持预设形状；人工合成材料的另外一种是不可降解材料，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和ePTEE，利用组织工程方法使其内皮化，以减少血栓形成及提高血管通畅率。但由于其不降解性，临床观察结果不一。
2、种子细胞
机体的细胞都有一定的抗原性，特别是内皮细胞具有强烈的同种异体原性，所以组织工程细胞一般采用自体组织细胞，这一点人们已经达成共识。构建组织工程的细胞应是(1)容易培养，粘附力强;(2)其分子结构和功能与正常血管细胞相似;(3)临床上易取得，具有实用性。
, http://www.100md.com
种子细胞主要有血管壁细胞，包括血管内皮细胞、平滑肌细胞。间质干细胞具有向骨、软骨、脂肪、肌肉及肌腱等组织分化的潜能，骨髓基质细胞(MSC)存在多种组织中，尤以骨髓中最多，利用它进行组织工程研究有以下优势：(1)取材方便，简单的骨髓穿刺即可获得；(2)由于间质干细胞取自自体，由它诱导而生成的组织不存在组织配型及免疫排斥的问题；(3)由于间质干细胞分化的组织 类型广泛，理论上讲它能分化为所有的间质组织类型，如：软骨、脂肪、肌肉、肌腱、内皮细胞及平滑肌细胞等。胚胎干细胞具有持续增殖而不分化的能力，以及诱导后可分化形成成熟个体所有类型细胞的潜能，但目前人们还不能有效地诱导干细胞向特定的细胞类型分化，另外，更困难的是，还不能有效的建立无免疫原性的胚胎干细胞，这方面还涉及到伦理道德方面的制约。
3、细胞分离培养种植
从活体组织提取细胞的方法有机械刮取、组织块移植、酶消化等方法，并根据不同取材部位的特点来选用相应的方法。组织工程细胞培养技术可分为三类：(1)分别提取，分别培养，分层种植。取来新鲜组织，对内皮细胞和间质细胞分别提取，然后各自培养，种植时先种间质细胞再种植内皮细胞。(2)混合提取，分别培养，分层种植。细胞提取时将内皮细胞和间质细胞一起取下，体外将细胞分离，分别加以培养扩增，分层种植。(3)混合提取，联合培养，混合种植。两种细胞一并提取，不分离，联合培养，并一起无序地种植到支架表面。至于哪种方法较好，目前尚无定论。
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为促进移植后细胞的黏附性，细胞生长及功能的发挥，使组织工程血管更符合生理需要，在旋转或震荡条件下种植培养平滑肌细胞，与静态种植比较，前者细胞附着的数量、分布的均匀度、生长情况和纤维蛋白的沉积都优于后者，原因是静态条件下细胞会停留在多孔支架的孔中，并未真正附壁，而旋转或震荡培养，增加了附壁的机会。用脉动流培养装置模拟体内环境，培养液灌注管腔，给予管道165次/分搏动的压力，检测构件血管的壁厚、胶原蛋白分泌情况，平滑肌细胞密度及对缝线的耐受性，均优于对照组并与体内血管相似。
4、组织工程化血管的制取
组织工程化血管的生物学特性是否与有机体的正常血管一致，这取决于制备组织工程化血管的材料内皮细胞、间质细胞、细胞外基质的特性以及三者相互关系。目前组织工程化血管的研究主要有以下三种方法：1内皮化的人工血管；2全生物化组织工程化血管；3以可吸收材料为支架的组织工程化血管。
5、问题和展望
血管组织工程作为一门新兴的前沿科学，近年来虽然取得了飞速发展，但最终广泛应用于临床仍有许多问题需要解决，怎样进一步改善可吸收材料的物理特性，使其与种子细胞有更好的黏附力及良好的分化、增殖、生长。组织工程化血管能否长期耐受血流应力的作用，能否进行自行改建，尚需大量动物实验和临床试验来证实。虽然存在各种各样的困难，但随着新技术和新方法的出现，将为这方面研究注入新的活力和希望。此外，干细胞在生物医学的研究日益受到重视，它在整个生命周期中可以自我增殖且能分化为不同细胞，构建组织工程化血管需要能够快速扩增、分裂能力强、能无限传代、细胞功能旺盛的种子细胞，干细胞为这一技术提供了新的契机。, 百拇医药(张超纪任华)
随着心血管外科的飞速发展，心血管外科需要各种直径的血管移植物作为修补材料。临床已经应用的血管移植材料有自体血管、异体血管、和人工高分子材料管道(如涤纶Dacron、膨化聚四氟乙烯ePTEF)。尽管其能改善和延长患者的生命，但均未达到理想的程度。目前认为Dacron、ePTEF在临床大口径血管移植中效果可靠，有肯定的远期通畅率,在小口径血管移植中(内径< 6 mm)由于血管中高张力、低血流的特殊状态，移植后失败率高。 自体血管已广泛应用于各种旁路手术，但CABG术后大隐静脉移植物5年和10年通畅率分别为74%和41%。这主要是由于在静脉“动脉化”过程中静脉管壁弹性消失、纤维增生管腔狭窄所致。自体动脉虽然有较好的远期通畅率，但存在来源不足的问题。随着近年来组织工程学的发展，构建组织工程人工血管日益受到重视。理想的人工血管是利用组织工程技术，将活细胞种植于血管支架上，制造出一种与受体组织相容性好，无免疫原性、有活力、耐久、可塑性好的生物血管。这种理想的血管不但具有自我修复能力，移植后能维持管腔的长期通畅，而且能为正在成长的患者提供增长能力，提高移植血管的长期疗效。
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1、血管组织工程材料
理想的组织工程化血管应具有与生理动脉相似的结构与功能。典型的动脉管壁由内膜、中膜、外膜三层组成；内膜主要由内皮细胞及较薄的内皮下层组成，内皮下层由少量胶原纤维、弹性纤维和平滑肌细胞组成；中膜主要由10～40层环行排列的平滑肌细胞组成；外膜主要是由较疏松的结缔组织组成，其中含有螺旋状的或纵向分布的胶原纤维和弹性纤维。按其组成成分来说，血管是由内皮细胞、平滑肌细胞、细胞外基质组成。内皮细胞和平滑肌细胞具有分泌细胞外基质的功能，而细胞外基质又具有维持组织器官结构，连接细胞及基质，调节细胞生长、分化、增殖的功能。因此组织工程化血管研究主要包括以下三个方面：细胞外基质替代物的研究，细胞的制取、培养、种植的研究和组织工程化血管应用的研究。
提供种植细胞的理想基质材料应具有以下特点：(1)无毒性；(2)良好的生物相容性；(3)生物可降解性及降解可调节性；(4)不引起机体的免疫排斥反应；(5)可塑性和有一定的机械强度；(6)良好的表面活性。此类材料根据来源可分为人工合成材料和天然材料。
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可作为组织工程细胞种植的天然基质材料主要有，弹性蛋白、胶原、壳聚糖和去细胞瓣膜支架、明胶、硫酸软骨素等。它们包含有特殊信息(如特殊的氨基酸序列)，可促进细胞吸附或使细胞保留分化功能。但这些材料都是从人类、动物或培养的组织上分离获得的，其价格较为昂贵，而且不同材料间存在很大的种系差异，因此不可避免的存在一定的免疫排斥反应。
目前，常用的人工合成基质材料包括：聚乙二醇酸, 聚丙醇酸，聚乙醇酸及共聚物等可降解材料，三者按一定比例混合，可较好地控制降解率和保持预设形状；人工合成材料的另外一种是不可降解材料，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和ePTEE，利用组织工程方法使其内皮化，以减少血栓形成及提高血管通畅率。但由于其不降解性，临床观察结果不一。
2、种子细胞
机体的细胞都有一定的抗原性，特别是内皮细胞具有强烈的同种异体原性，所以组织工程细胞一般采用自体组织细胞，这一点人们已经达成共识。构建组织工程的细胞应是(1)容易培养，粘附力强;(2)其分子结构和功能与正常血管细胞相似;(3)临床上易取得，具有实用性。
, http://www.100md.com
种子细胞主要有血管壁细胞，包括血管内皮细胞、平滑肌细胞。间质干细胞具有向骨、软骨、脂肪、肌肉及肌腱等组织分化的潜能，骨髓基质细胞(MSC)存在多种组织中，尤以骨髓中最多，利用它进行组织工程研究有以下优势：(1)取材方便，简单的骨髓穿刺即可获得；(2)由于间质干细胞取自自体，由它诱导而生成的组织不存在组织配型及免疫排斥的问题；(3)由于间质干细胞分化的组织 类型广泛，理论上讲它能分化为所有的间质组织类型，如：软骨、脂肪、肌肉、肌腱、内皮细胞及平滑肌细胞等。胚胎干细胞具有持续增殖而不分化的能力，以及诱导后可分化形成成熟个体所有类型细胞的潜能，但目前人们还不能有效地诱导干细胞向特定的细胞类型分化，另外，更困难的是，还不能有效的建立无免疫原性的胚胎干细胞，这方面还涉及到伦理道德方面的制约。
3、细胞分离培养种植
从活体组织提取细胞的方法有机械刮取、组织块移植、酶消化等方法，并根据不同取材部位的特点来选用相应的方法。组织工程细胞培养技术可分为三类：(1)分别提取，分别培养，分层种植。取来新鲜组织，对内皮细胞和间质细胞分别提取，然后各自培养，种植时先种间质细胞再种植内皮细胞。(2)混合提取，分别培养，分层种植。细胞提取时将内皮细胞和间质细胞一起取下，体外将细胞分离，分别加以培养扩增，分层种植。(3)混合提取，联合培养，混合种植。两种细胞一并提取，不分离，联合培养，并一起无序地种植到支架表面。至于哪种方法较好，目前尚无定论。
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为促进移植后细胞的黏附性，细胞生长及功能的发挥，使组织工程血管更符合生理需要，在旋转或震荡条件下种植培养平滑肌细胞，与静态种植比较，前者细胞附着的数量、分布的均匀度、生长情况和纤维蛋白的沉积都优于后者，原因是静态条件下细胞会停留在多孔支架的孔中，并未真正附壁，而旋转或震荡培养，增加了附壁的机会。用脉动流培养装置模拟体内环境，培养液灌注管腔，给予管道165次/分搏动的压力，检测构件血管的壁厚、胶原蛋白分泌情况，平滑肌细胞密度及对缝线的耐受性，均优于对照组并与体内血管相似。
4、组织工程化血管的制取
组织工程化血管的生物学特性是否与有机体的正常血管一致，这取决于制备组织工程化血管的材料内皮细胞、间质细胞、细胞外基质的特性以及三者相互关系。目前组织工程化血管的研究主要有以下三种方法：1内皮化的人工血管；2全生物化组织工程化血管；3以可吸收材料为支架的组织工程化血管。
5、问题和展望
血管组织工程作为一门新兴的前沿科学，近年来虽然取得了飞速发展，但最终广泛应用于临床仍有许多问题需要解决，怎样进一步改善可吸收材料的物理特性，使其与种子细胞有更好的黏附力及良好的分化、增殖、生长。组织工程化血管能否长期耐受血流应力的作用，能否进行自行改建，尚需大量动物实验和临床试验来证实。虽然存在各种各样的困难，但随着新技术和新方法的出现，将为这方面研究注入新的活力和希望。此外，干细胞在生物医学的研究日益受到重视，它在整个生命周期中可以自我增殖且能分化为不同细胞，构建组织工程化血管需要能够快速扩增、分裂能力强、能无限传代、细胞功能旺盛的种子细胞，干细胞为这一技术提供了新的契机。, 百拇医药(张超纪任华)