组织工程骨血管化的研究进展.doc

组织工程骨血管化的研究进展.doc组织工程骨血管化的研究进展
作者:何清义李强温立升许建中
【关键词】骨髓基质干细胞
组织工程骨具有巨大的临床需要及应用前景,用组织工程骨(tissue engineering bone,TEB)修复骨缺损的研究方兴未艾。目前大部分的研究都停留在小动物(如鼠、兔)体内原位或异位成骨,修复部位大都为非负重骨缺损,新生的骨组织还不能满足临床应用的需要。目前应用大块TEB修复大段骨缺损时,其核心部位往往发生缺血坏死,使修复归于失败,其主要原因在于未能很好解决TEB的血管化问题〔1〕。因为小块组织工程骨植入体内后,早期依靠组织液的渗透可获得营养,而大块组织工程骨仅靠组织液的渗透是远远不够的。目前国内外关于血管重建(包括毛细血管)研究尚处于起步阶段,主要方法有:(1)血管内皮细胞或血管平滑肌细胞+生物材料〔2、3〕;(2)生物材料+预制血管蒂或筋膜包裹;(3)生物材料+促血管生长因子〔4〕。第1种方法需要大量培养、扩增血管内皮细胞,周期长,而且需要从自体切取血管用于血管内皮细胞的分离、培养;第2种方法能够得到血管化的TEB,但必须将TEB异位植入,待血管束长入后再断蒂用于移植,不但有异位创伤的问题而且等待的时间也较长。直接应用促血管生长因子在体内迅速降解为无活性的片段,并且其在体内的半衰期较短,会很快流失在周围组织中,达不到理想的效应浓度;如果采用首次大剂量给药,易导致局部血管瘤〔5〕。现常用的缓释技术如材料表面化学结合、高分子材料微囊包裹技术等,不仅损害其生物活性,其缓控释作用也存在多方面不足。
有学者通过尽量模拟体内血管发生与生成的生理过程,构建组织工程血管来解决此问题。血管的形成分为血管发生(vasculogenesis)和血管生成(angiogenesis)。血管发生主要发生于胚胎期,通过内皮前体细胞(endothelial progenitor cells,EPCs)分化成内皮细胞,在中胚层内形成血管丛,此过程受VEGF控制;血管丛的塑型、扩张属于血管生成过程,主要由血管生成素1(angiopoietin1,Ang1)调控〔6〕。血管分子生物学已破译了许多复杂的血管形成级联反应,包括:(1)启动:缺氧环境刺激VEGF分泌并结合VEGF受体(VEGFR),刺激内皮细胞增殖、迁移进入微血管间隙;(2)增生:活化的内皮细胞形成纤维条索状突起结构;(3)塑型:Ang1与内皮细胞受体Tie2结合〔7〕,吸引周细胞、平滑肌细胞包绕幼稚血管。旧的围绕基质消化,并形成新的基质沉积。中空结构形成,周细胞环绕内皮,形成围绕血管的连续基膜。(4)血管成熟:在体内,通过灌注率和剪切力、低氧、其他生长因子等代谢因素作用于内皮,使多余细胞进入血循环、去分化、凋亡而成熟。因此,血管形成是一个有多种内分泌、旁分泌因子相互作用的多步连续反应,是一个生理需要与病理修复持续的动态过程,它涉及到细胞(EPCs、内皮细胞),细胞因子(VEGF、Ang1)以及生物应力等。内皮细胞是血管生成过程中的最重要的调节细胞,所有的成血管因素皆围绕它发挥作用。但内皮细胞培养耗时费力,其规模扩增相当困难,并且内皮细胞的获取创伤较大,来源(静脉或动脉血管)极其有限,因而远远不能满足临床需要。内皮前体细胞(EPCs)存在于骨髓、脐带血与外周血中,前二者含量较丰富,后者含量较少(EPCs仅及前二者的十