仿生型组织工程气管支架重建气管缺损的实验研究

发布时间：2020-07-22 18:07

【摘要】：气管是人体重要的器官。气管肿瘤、外伤、甲状腺癌、先天性气管狭窄等会导致气管狭窄等问题而威胁生命,因此在临床实践中我们需要切除病变气管和进行气管重建。由于气管特殊的解剖构造,成年人的气管切除长度大于50%或儿童的气管切除长度大于30%时就不能够直接行气管的端对端吻合,因此长段气管缺损的重建需要替代物来实现。但是目前尚无理想的气管移植物,因此气管缺损重建手术对于临床医师是一个非常具有挑战性的工作。组织工程是近些年研究气管重建的研究热点。其主要原理是采用少量的自体细胞,通过体外扩增以后种植于预先构制的三维支架上,最终培养出没有排异性的气管移植物,因此其具有较好的研究前景。研究目的:一、在课题组前期的研究基础上,利用PDO单丝和PHBV/PLA复丝编织出带有横向管道的仿生型组织工程气管支架,并对其进行涂层处理和改性定形,为后期种子细胞提供气管支架;二、利用前期制作出的气管支架在体外与成软骨诱导后的BMSCs进行体外共培养,探索BMSCs与气管支架体外共建的方法,为下一步气管缺损的修复提供材料;三、我们利用仿生型气管支架对动物气管缺损进行实验修复,观察其修复的效果。研究内容与方法:一、仿生型组织工程气管支架的选材、设计与编织与力学评价课题组原先的研究基础上,采用PDO单丝和和PHBV/PLA复丝为主编织出带有横管的仿生型组织工程气管支架,探索一次成型管道结构的编织方法,在横管内塞入PGA细丝,最后对支架内壁利用壳聚糖进行涂层处理,制作出满足后期实验所需的气管支架。二、组织工程气管支架材料的生物学评价依据GB/T16886和标准化组织ISO10993医疗器械生物学评价标准和要求设计一组实验。对五种生物混合材料(PDO、PHBV/PLA、PGA、壳聚糖)进行了生物相容性的实验研究,并且对支架的力学性能进行了测试,为下一步研究的安全进行提供良好的实验基础。三、体外气管支架与种子细胞复合物构建的实验研究在这部分实验中我们在前面实验研究的基础上进行了种子细胞与气管支架体外共培养实验研究。探索种子细胞和三维气管支架共培养条件和方法,为下一步将组织工程气管移植物体内预置和原位移植提供条件。四、仿生型结构气管支架的体内预置与气管缺损的动物模型的建立本部分详细描述了仿生型结构气管支架在动物体内预置的实验方法,并对体内预置后的气管支架进行了组织学检查。利用预置的气管支架对动物气管缺损进行了气管重建,通过对气管重建后动物的转归过程的观察和重建后气管支架的组织学变化,说明了仿生型气管支架修补气管缺损的可行性,并对以后的对组织工程气管的研究提供了思路和参考。研究结果:一、利用PDO单丝和PHBV/PLA复丝一次性制备出了带有横管结构的气管支架,管径包括15mm和10mm两种型号,孔径大小为200μm。之后对仿生型气管支架的内壁利用壳聚糖进行涂层处理,以增加气管支架的气密性和径向支撑力。测定已编织成的两种型号气管支架(φ15mmφ10mm)的径向支撑力为800cN以上,弹性回复率在90%左右。二、对最终组成气管支架的五种生物材料(PDO、PHBV/PLA、PGA、壳聚糖)的混合物进行了细胞毒性试验、全身急性毒性试验、溶血试验、热源试验和迟发型超敏反应试验,通过试验证明了上述混合材料良好的生物相容性,为下一步的实验奠定了良好的基础。三、在气管支架与种子细胞复合物构建的实验研究中,我们对分离培养出的细胞成功的进行了成骨及成软骨诱导,证明了我们通过贴壁法分离纯化的细胞为BMSCs,它为种子细胞与气管支架的共培养提供了细胞数量与质量方面的保证。我们在气管支架的横管中塞入PGA细丝,将经过成软骨诱导的BMSCs种植在PGA细丝形成的三维网状结构中,通过扫描电镜观察到BMSCs在三维结构上的生长情况。四、将气管支架与种子细胞组成的仿生型结构气管移植物在犬的气管与颈部肌群之间的间隙进行了体内预置,通过对预置后的气管支架的组织学分析证明了气管支架优异的组织相容性,在支架内发现有大量的毛细血管,并且在支架内发现了软骨细胞,说明了前期支架设计的有效性。但也发现经过体内预置后的气管支架径向支撑力的损失,因此在之后的气管缺损修复时需要使用气管内支架来保持气道的通畅性。对犬的气管缺损模型进行气管重建,实验中利用气管插管作为气管内支架保持支架三维结构。修补实验后二周将移植物取出进行组织切片研究,发现移植物与气管的吻合口愈合良好。实验结论:1、选取1:2斜纹、1:5斜纹、2:1斜纹作为气管支架三层结构的基础组织,采用分区穿综法,可以一次性制备成功带横管的气管支架。2、研究组选用的混合生物材料具有良好的生物相容性,编织成功的气管支架在体外测试中有一定的力学强度;3、在体外进行了气管支架与经过成软骨诱导的BMSCs进行复合物构建,探索了在体外进行软骨-支架复合物构建的方法;4、通过对预置后的支架进行了组织学评价,进一步明确证实了支架优良的组织相容性并且达到了较好的再血管化能力。并利用支架对犬的气管缺损模型进行了修复。通过对移植物组织学和力学评价为以后对气管修补的研究提供了新思路和新方法。
【学位授予单位】：中国人民解放军海军军医大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R653;R318

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本文编号：2766162