人工血管(及組織工程)ppt課件

人工血管研究調(diào)研,2012-12-05,目錄,1.人工血管研究的背景及意義2.人工血管的發(fā)展歷程3.人工血管的要求及影響因素4.人工血管的制備方法5.人工血管的研究舉例6.總結(jié)及展望,人工血管研究的背景及意義,1.心血管疾病是世界三大殺手之一；2.外傷，動(dòng)脈硬化和心腦血管疾病等原因引起的血管損傷，單純藥物無(wú)法痊愈；3.自身的血管很難成為移植替代血管：血管大小，自帶病癥，數(shù)量限制；4.同種異體或異種血管排異反應(yīng)強(qiáng)烈；,通過(guò)人工的手段構(gòu)建血管是目前主要的解決方法,人工血管的發(fā)展歷史,1952,20世紀(jì)60年代,1970,1978,1982,維綸制成有通透性,Voorhees,非織物膨體聚四氟乙烯,WilliamGore,可吸收纖維組分復(fù)合壁血管,Wesolow,帶有網(wǎng)孔的人造血管,Voorhees，Blakemore，Jaretzki,內(nèi)皮細(xì)胞種植,Herring,ePTFE、PU機(jī)織針織,20世紀(jì),人工血管的發(fā)展歷程,20世紀(jì)初，各國(guó)學(xué)者首先采用金屬、玻璃、聚乙烯、硅橡膠等材料制成的管狀物；2.1952年Voorhees首先研究將維綸制成人造血管，改變以往人工血管管壁的無(wú)通透性；3.1970年Mansifield等首次嘗試了種植內(nèi)皮細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，為臨床內(nèi)皮細(xì)胞的種植開(kāi)創(chuàng)了先河。,人工血管的研究大致經(jīng)歷4個(gè)發(fā)展階段：生物組織型、合成型、生物混合型和組織工程型人工血管。,臨床應(yīng)用人工血管,滌綸與周?chē)M織反應(yīng)較強(qiáng)，血小板凝集的范圍大，抗血栓形成性較低，生物相容性差，炎性反應(yīng)重，因此常用作為大、中口徑的動(dòng)脈移植。（需預(yù)凝）,膨體聚四氟乙烯人工血管使用前不必預(yù)凝，比其他血管具有更大的抗血栓性，與周?chē)M織反應(yīng)較輕，能承受壓力，血管通暢，能耐受反復(fù)穿刺，使用時(shí)間長(zhǎng)，但順應(yīng)性較差，通暢率較低。,臨床應(yīng)用人工血管,聚氨酯由于具有優(yōu)良的順應(yīng)性、生物相容性以及一定的抗凝血性，可以大大減少新內(nèi)膜增生，合理的孔徑和孔隙率的三維結(jié)構(gòu)，能增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞在支架上的黏附、長(zhǎng)入和鋪展，加速內(nèi)皮細(xì)胞化。,內(nèi)壁修飾,1.無(wú)活性?xún)?nèi)膜（碳）；2.1995年,Nojiri等制成包括三層結(jié)構(gòu)、管徑為3mm的人造血管,外層為滌綸(促使鄰近組織的相互結(jié)合),中層為無(wú)孔的聚胺基甲酸乙酯(形成光滑面),內(nèi)層為甲基丙烯酸羥乙酯(水凝膠)和苯乙烯(防止血栓形成)；3.用蛋白質(zhì)涂在管腔內(nèi)壁,常用者為白蛋白、明膠和膠原蛋白等；4.將肝素或尿激酶等抗凝劑,溶入人造血管的內(nèi)壁,以制止術(shù)后血栓形成；（磺酸化，等離子體表面改性等）,人工血管的要求及影響因素,理想的人造血管，應(yīng)具備以下特點(diǎn)：具備有良好的組織相容性和血液相容性；與宿主健康血管相近似的動(dòng)力學(xué)性能；能與所替代的血管愈合成一體，有血管內(nèi)膜長(zhǎng)入；不易形成血栓，長(zhǎng)期保持通暢；不易發(fā)生退行性改變，性能穩(wěn)定；耐受血管內(nèi)壓力，不易形成動(dòng)脈瘤；受壓后不易變形或扭折成角；不引起異物反應(yīng)或排斥反應(yīng)；抗感染；縫合容易，不易撕裂；能選擇不同的口徑和長(zhǎng)度。,血管組織工程,傳統(tǒng)治療中主要應(yīng)用合成材料例如滌綸等進(jìn)行血管替代治療，由于術(shù)后栓塞，感染，鈣化等并發(fā)癥發(fā)生率較高，因此臨床治療效果并不理想。合成材料植入體內(nèi)后不具有生長(zhǎng)能力，不能滿足小兒患者的生長(zhǎng)發(fā)育要求，多數(shù)患者需要根據(jù)身體發(fā)育情況進(jìn)行更換。小口徑人造血管（內(nèi)徑6mm）的研究由于其順應(yīng)性及通暢性等多方面問(wèn)題尚未解決。,血管組織工程是指利用血管壁正常細(xì)胞和可降解的生物材料進(jìn)行制備、重建和再生血管替代材料的學(xué)科。,組織工程血管組成,組織工程血管主要由血管支架和種子細(xì)胞組成，并且具備如下條件：具有或模擬體內(nèi)血管壁結(jié)構(gòu)。具有高度的生物相容性，血栓以及免疫排斥反應(yīng)發(fā)生率極低。具有生物學(xué)特性。具有力學(xué)特性。,用于構(gòu)建血管組織工程的血管支架材料,血管組織工程支架材料要求與血液相容性好的生物活性材料，不僅具有生物活性，同時(shí)還要具有抗凝血和抗容血作用。,用于構(gòu)建血管組織工程的種子細(xì)胞,1.自體血管壁細(xì)胞,自體血管壁細(xì)胞被認(rèn)為是最佳的種子細(xì)胞，能夠避免內(nèi)皮細(xì)胞強(qiáng)烈的同種異體抗原性。,由于受到來(lái)源匱乏，體外擴(kuò)增老化率高、取材具有侵入性損傷取材部位，以及病患或老年人細(xì)胞質(zhì)量低等限制，臨床無(wú)法廣泛應(yīng)用。,用于構(gòu)建血管組織工程的種子細(xì)胞,胚胎干細(xì)胞是一種多能干細(xì)胞，分布在囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)中，具有體外定向誘導(dǎo)分化功能。,2.胚胎干細(xì)胞,目前可獲取的胚胎干細(xì)胞數(shù)量較少，體外培養(yǎng)容易分化失去活性，并且作為異體細(xì)胞，在移植中容易發(fā)生免疫排斥反應(yīng)。,用于構(gòu)建血管組織工程的種子細(xì)胞,違反倫理,由體細(xì)胞誘導(dǎo)而成的干細(xì)胞，具有和胚胎干細(xì)胞類(lèi)似的發(fā)育多潛能性。,用于構(gòu)建血管組織工程的種子細(xì)胞,骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞,2004年，Oswald等發(fā)現(xiàn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞能夠轉(zhuǎn)化為血管內(nèi)皮細(xì)胞，并且具有上皮細(xì)胞特異性表現(xiàn)，體外培養(yǎng)能夠形成毛細(xì)血管樣結(jié)構(gòu)。隨后，Pittenger等證實(shí)了骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞不僅具有分化成血管平滑肌細(xì)胞，并參與平滑肌細(xì)胞重建。,構(gòu)建組織工程化血管的方法,1.全生物化組織工程血管將天然血管經(jīng)過(guò)特殊處理將實(shí)質(zhì)細(xì)胞去除,保留相對(duì)完整的細(xì)胞外骨架結(jié)構(gòu)，是良好的組織工程血管支架材料。2.非血管細(xì)胞的組織工程化血管1993年Langer等將大鼠自體背筋膜纏繞于硅膠棒后植入大鼠大腿中部皮下培養(yǎng)4周后分離硅膠棒，制成纖維膠原管經(jīng)抗凝血處理后接入股動(dòng)脈，術(shù)后移植管通暢。3.可吸收材料支架的組織工程血管,表面孔徑大小,FunctionalPolymerScaffoldsforBloodVesselTissueEngineering,Scaffoldporesizeplaysacriticalroleintheinfiltrationofthecellsintothestructure.,NazelyDiban,DimitriosF.Stamatialis*,Macromol.Symp.2011,309/310,9398,SMCpreferentiallyattachtoporesizesbetween38150mm.Incontrast,microvascularECformaconnectedmulticellularliningonscaffoldswithpores38mm.,表面成分和修飾,ZuweiMa,MasayaKotakietal.Biomaterials,2005,26,25272536,HeyunWANG,JintangGUOetal.Front.Chem.Sci.Eng.2011,5(3):392-400,PU;crosslinkedgelatinscaffold;crosslinkedgelatin-heparinscaffold(heparin,1wt-%),基體自身帶電性質(zhì),Inordertoobtaincellresistedtoashearstress,anewculturesurfacemodificationbasedonpolyelectrolyteadsorptionwasdeveloped25.Thismethodshowedendothelialcelladhesiononpolyelectrolytemultilayertreatedglasses26andePTFE27.Wehadseededhumanumbilicalveinendothelialcellsonthepolyelectrolytemultilayerluminalsurfacearteriesandobservedendothelialcellmorphologyclosetothoseobservedinnativearteries23.,內(nèi)壁的性質(zhì):一般認(rèn)為,攜負(fù)電荷的內(nèi)壁可抑制血小板的附著,但對(duì)同樣攜負(fù)電荷的EC卻有排斥作用。,PatrickMenu,Jean-FranoisStoltzetal.Bio-MedicalMaterialsandEngineering,2012,22,17-20,細(xì)胞形態(tài),VascularMechanobiology:EndothelialCellResponsestoFluidShearStress,JojiAndo,MD;KimikoYamamoto,MD.CirculationJournal,2009,73,1983-1992,Endothelialcells(ECs)liningbloodvesselwallsrespondtoshearstress,afluidmechanicalforcegeneratedbyflowingblood,andtheECresponsesplayanimportantroleinthehomeostasisofthecirculatorysystem.,表面微納結(jié)構(gòu),Micropatterningofthree-dimensionalelectrospunpolyurethanevasculargrafts,micropatterned,small-diameterpolyurethanegraftscapableofpromotingtheformationofalignedendothelialcellmonolayers.,PimponUttayarat,PeterI.Lelkesetal.ActaBiomaterialia,2010,6,42294237,無(wú)支架人工血管,HumanumbilicalveinSMCsandskinfibroblastswerecul-turedfor30days,atwhichtimebothcelltypeshadformedcohesivecellularsheetscomposedofcellsandECM,whichcouldbemanuallypeeledfromthecultureflasks.,JohnD.Kakisis,Athens.Greece.etal.JournalofVascularSurgery,2005,41,349-354.SumpioBE.Austin,TX:RGLandesPublishers,1993,p.1-134.,類(lèi)模具法人工血管,JohnD.Kakisis,Athens.Greece.etal.JournalofVascularSurgery,2005,41,349-354.N.LHeureux,L.Germain,R.Labbe,F.A.Auger.JVascSurg,1993,17,499-509,TheinnersurfaceofthegraftwasseededwithbovineECsandtheouterwithbovineadventitialfibroblasts.ADacronmeshwasembeddedintothewalltoenhancethemechanicalstrengthofthemodel.,無(wú)支架細(xì)胞操控,MorphologicalandHistologicalEvaluationsof3D-LayeredBloodVesselConstructsPreparedbyHierarchicalCellManipulation,MichiyaMatsusaki,MitsuruAkashietal.JournalofBiomaterialsScience,2012,23,6379,總結(jié)與展望,血管生物支架存在強(qiáng)烈的免疫排斥反應(yīng)也是需要