人工血管及組織工程-課件

1、人工血管研究調(diào)研2012-12-05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)及展望目錄1.人工血管研究的背景及意義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)強烈；通過人工的手段構(gòu)建血管是目前主要的解決方法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；通人工血管及組織工程-

2、課件人工血管及組織工程-課件臨床應(yīng)用人工血管滌綸與周圍組織反應(yīng)較強，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，與周圍組織反應(yīng)較輕，能承受壓力，血管通暢，能耐受反復穿刺，使用時間長，但順應(yīng)性較差，通暢率較低。臨床應(yīng)用人工血管滌綸與周圍組織反應(yīng)較強，血小板凝集的范圍大，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)，能增強內(nèi)皮細胞在支架上的黏附、長入和鋪展，加速內(nèi)皮細胞化。臨床應(yīng)用人工血

3、管聚氨酯由于具有優(yōu)良的順應(yīng)性、生物相容性以及一內(nèi)壁修飾1.無活性內(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）內(nèi)壁修飾1.無活性內(nèi)膜（碳）；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：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力學

4、性能；能與所替代的血管愈合成一體，有血管內(nèi)膜長入；不易形成血栓，長期保持通暢；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度。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：具血管組織工程傳統(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)后不具有生長能力，不能滿足小兒患者的生長發(fā)育要求，多數(shù)患者需要根據(jù)身體發(fā)育情況進行更換。小口徑人造血管（內(nèi)徑6 mm ）的研究由于其順應(yīng)性及通暢

5、性等多方面問題尚未解決。血管組織工程是指利用血管壁正常細胞和可降解的生物材料進行制備、重建和再生血管替代材料的學科。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行血管替代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。具有生物學特性。具有力學特性。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胞組成，并用于構(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，同時還要具有抗凝血和抗容血作用。分類具體內(nèi)容天然生物支架材料甲殼素、葡聚

6、糖明膠、膠原蛋白、彈性蛋白、多聚氨基酸、多肽、透明質(zhì)酸及其復合物等去細胞生物源性生物支架材料 脫去細胞的動脈，含有細胞抗原的脂質(zhì)體和可溶性黏多糖均被除去可降解高分子生物支架材料有聚乳酸及其共聚物、聚己內(nèi)酯、聚羥基丁酸酯、膨體聚四氟乙烯和滌綸等。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用于構(gòu)建血管組織工程的種子細胞1.自體血管壁細胞自體血管壁細胞被認為是最佳的種子細胞，能夠避免內(nèi)皮細胞強烈的同種異體抗原性。由于受到來源匱乏，體外擴增老化率高、取材具有侵入性損傷取材部位，以及病患或老年人細胞質(zhì)量低等限制，臨床無法廣泛應(yīng)用。用于構(gòu)建血管組織工程的種子細胞1.自體血管壁細胞自體血管

7、壁細用于構(gòu)建血管組織工程的種子細胞胚胎干細胞是一種多能干細胞，分布在囊胚內(nèi)細胞團中，具有體外定向誘導分化功能。2.胚胎干細胞目前可獲取的胚胎干細胞數(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胞胚胎干細胞是一種多能干細胞，分用于構(gòu)建血管組織工程的種子細胞我是因為等不及胚胎干細胞死的，你呢？我就是那個胚胎。違反倫理由體細胞誘導而成的干細胞，具有和胚胎干細胞類似的發(fā)育多潛能性。用于構(gòu)建血管組織工程的種子細胞我是因為等不及胚胎干細胞死的，用于構(gòu)建血管組織工程的種子細胞骨髓間充質(zhì)干細胞2004年，Oswald等發(fā)現(xiàn)骨髓間充質(zhì)干細胞能夠轉(zhuǎn)

8、化為血管內(nèi)皮細胞，并且具有上皮細胞特異性表現(xiàn)，體外培養(yǎng)能夠形成毛細血管樣結(jié)構(gòu)。隨后，Pittenger等證實了骨髓間充質(zhì)干細胞不僅具有分化成血管平滑肌細胞，并參與平滑肌細胞重建。用于構(gòu)建血管組織工程的種子細胞骨髓間充質(zhì)干細胞2004年，O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)過特殊處理將實質(zhì)細胞去除, 保留相對完整的細胞外骨架結(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脈，術(shù)后移植管通暢。3.可吸收材料支架的組織工程血管

9、構(gòu)建組織工程化血管的方法1.全生物化組織工程血管表面孔徑大小Function al Polymer Scaffolds for Blood Vessel Tissue EngineeringScaffold pore size plays a critical role in the infiltration of the cells into the structure.Nazely Diban, Dimitrios F. Stamatialis *Macromol. Symp. 2011 , 309/310, 9398SMC preferentially attach to pore si

10、zes between 38150mm. In contrast, microvascular EC form a connected multicellular lining on scaffolds with pores 38mm.表面孔徑大小Function al Polymer Scaf表面成分和修飾Zuwei Ma, Masaya Kotaki et al. Biomaterials, 2005, 26, 25272536Heyun WANG, Jintang GUO et al. Front. Chem. Sci. Eng. 2011, 5(3): 392-400PU; cross

11、linked gelatin scaffold; crosslinked gelatin-heparin scaffold (heparin, 1 wt- % )表面成分和修飾Zuwei Ma, Masaya Kotaki基體自身帶電性質(zhì)In order to obtain cell resisted to a shear stress, a new culture surface modification based on polyelectrolyte adsorption was developed 25. This method showed endothelial cell adhe

12、sion on polyelectrolyte multilayer treated glasses 26 and ePTFE 27. We had seeded human umbilical vein endothelial cells on the polyelectrolyte multilayer luminal surface arteries and observed endothelial cell morphology close to those observed in native arteries 23.內(nèi)壁的性質(zhì):一般認為,攜負電荷的內(nèi)壁可抑制血小板的附著,但對同樣攜

13、負電荷的EC卻有排斥作用。Patrick Menu, Jean-Franois Stoltzet al. Bio-Medical Materials and Engineering, 2012, 22, 17-20基體自身帶電性質(zhì)In order to obtain cel細胞形態(tài)Vascular Mechanobiology: Endothelial Cell Responses to Fluid Shear StressJoji Ando, MD; Kimiko Yamamoto, MD. Circulation Journal, 2009, 73, 1983-1992Endothelia

14、l cells (ECs) lining blood vessel walls respond to shear stress, a fluid mechanical force generated by flowing blood, and the EC responses play an important role in the homeostasis of the circulatory system. 細胞形態(tài)Vascular Mechanobiology: E表面微納結(jié)構(gòu)Micropatterning of three-dimensional electrospun polyure

15、thane vascular graftsmicropatterned, small-diameter polyurethane grafts capable of promoting the formation of aligned endothelial cell monolayers.Pimpon Uttayarat, Peter I. Lelkes et al. Acta Biomaterialia, 2010, 6, 42294237表面微納結(jié)構(gòu)Micropatterning of three無支架人工血管Human umbilical vein SMCs and skin fibr

16、oblasts were cul-tured for 30 days, at which time both cell types had formed cohesive cellular sheets composed of cells and ECM, which could be manually peeled from the culture flasks.John D. Kakisis, Athens. Greece. et al. Journal of Vascular Surgery, 2005, 41, 349-354.Sumpio BE. Austin, TX: RG Lan

17、des Publishers, 1993, p.1-134.無支架人工血管Human umbilical vein SM類模具法人工血管John D. Kakisis, Athens. Greece. et al. Journal of Vascular Surgery, 2005, 41, 349-354.N. LHeureux, L. Germain, R. Labbe, F.A. Auger. J Vasc Surg, 1993, 17, 499-509The inner surface of the graft was seeded with bovine ECs and the ou

18、ter with bovine adventitial fibroblasts. A Dacron mesh was embedded into the wall to enhance the mechanical strength of the model.類模具法人工血管John D. Kakisis, Athen無支架細胞操控Morphological and Histological Evaluations of 3D-Layered Blood Vessel Constructs Prepared by Hierarchical Cell ManipulationMichiya Matsusaki, Mitsuru Akashi et al. Journal of Biomaterials Science, 2012, 23, 6379無支架細胞操控Morphological and Histo總結(jié)與展望血管生物支架存在強烈的免疫排斥反應(yīng)也是需要解決的一個難題人工合成材料的優(yōu)