组织工程细胞粘附材料及方法的研究进展

组织工程细胞粘附材料及方法的研究进展

郑辉，夏旭

郑辉，夏旭

(清远市人民医院胸心一区广东清远511518)

摘要:当前临床应用的所有生物瓣，包括无支架生物瓣共同致命弱点是易钙化、衰败，不具有生长活性。而随着组织工程技术的发展，组织工程心脏瓣膜的研究逐渐成为心脏外科领域的研究热点之一。组织工程心脏瓣膜的构建包括:⑴支架的选材及制备;⑵种子细胞的选择、分离与培养;⑶种子细胞在支架上的种植与培养三部分。本文对近年来组织工程细胞粘附材料及方法的研究进展进行综述，并指出目前研究中所存在的问题，展望其发展的方向和前景。

关键词:组织工程;心脏瓣膜;细胞粘附;材料;方法

理想的组织工程心脏瓣膜理论上具有生长性、不需抗凝、不易退行性变和钙化、组织相容性好、无免疫原性、有活力、耐久性强、并有一定的增长能力和修复能力且来源充足等优点，是心脏瓣膜置换术中最理想的置换物，所以有着广阔的临床应用前景。近年来，不论是支架材料的选取、种子细胞的选择,还是应用前的体外培育环境和性能的综合评估等研究均有较大的发展。现就组织工程细胞粘附材料及方法的研究进展进行综述。

1组织工程细胞粘附材料的性能及要求

瓣膜置换物的细胞材料表面是一个抗吸附蛋白组织及粘附细胞组织的惰性面，防止免疫系统的激活、抗血凝及血栓形成、减少细胞外基质的沉淀及其他与周围组织的反应；另外，在可能的情况下，瓣膜置换物的细胞材料表面也是一个促进细胞吸附、迁移、扩展、分化、长期生存活力及细胞活性功能的可控表面。TEHV为新型理想的瓣膜置换物，以天然的支架或可降解高分子材料支架为基础，在瓣膜支架上种入患者自身细胞,体外培养后植入患者体内取代病变瓣膜行使功能,随着支架材料降解,新生ECM合成,再生出患者自身新的瓣膜。为了使支架材料具有良好的生物相容性和细胞亲和性及使种子细胞快速、牢固地黏附到瓣膜支架上并对其进行改建,最终形成自体的瓣膜组织,需对支架材料进行表面改性。常用的方法有表面修饰法、化学改性法、等离子体法等。

2增强组织工程细胞粘附的方法

组织工程细胞的粘附按其作用机制可分为非特异性粘附和特异性粘附，两者各有特点。

2．1非特异性粘附即非受体介导种子细胞与支架材料之间的直接粘附，以通过增强种子细胞膜表面分子结构与支架材料表面的化学功能集团之间的弱化学键及物理力学增强细胞材料之间的粘附。

增大支架材料的表面积主要通过控制支架的孔径大小、孔隙率及三维空间来实现，具体的实验中一般以种植的种子干细胞的大小来确定所用材料支架孔径的大小，在保证支架正常功能的前提下提高孔隙率及正常的三维空间。通过在制备生物材料支架膜片时人工合成材料与不同晶体的比例来调控孔隙率及空隙的大小。

支架材料表面与种子细胞的静电引力，分子间的静电引力的强弱主要取决于其分子量的大小及材料细胞间的极性。李秋泽教授等通过层层静电自组装技术构建20，10，5，0层的壳聚糖／透明质酸共混膜履盖在猪去细胞瓣膜支架上。将骨髓基质干细胞在涂膜支架上种植培养并检测支架对种子细胞的黏附效果。发现通过层层静电自组装技术构建的共混膜能够促进种子细胞的黏附，而且有一定的量效关系。另有Stephan等研究证明在纤维支架表明涂抹聚合电解质PDADMAC（聚二甲基二烯丙基氯化铵）也得到相似的结论。

目前各种促进非特异性粘附的方法有研究，对于各种方法的优越性还无一定的实验研究证据，虽然各种处理所针对的机制不同，但同时应用两种或两种以上的处理较少，对于各种处理方法间有无促进作用还无明显证据，诺能将各种方法的优势集中，将对细胞材料的粘附有极大的促进作用。

2．2特异性粘附即受体介导的种子细胞与支架材料之间的特异性粘附，通过以胞外基质分子及其分子的附属基团与材料支架之间形成共价键达到增强细胞材料间的粘附。其特点在于受体与配体间形成特异性共价键，生物材料可通过粘附细胞的细胞信号传导及功能受体介导

从周围环境中（体外培养基或体内的体液）吸附纤维连接蛋白、层粘连蛋白、玻璃粘连蛋白及胶原蛋白等细胞外基质。各种细胞外基质成分中的细胞功能受体及信号传导有特异的功能氨基酸序列。

纤维连接蛋白是细胞外基质中最重要、最具有代表性的促细胞粘附的物质之一，以纤维连接蛋白的RGD序列为配体与种子细胞膜表面整联蛋白的受体α５β１链形成特异性的整联蛋白复合体，另外玻璃粘连蛋白中的RGD序列与细胞膜表面整联蛋白的αｖβ３可形成特异的复合体，从而可增加细胞材料间的粘附性。殷胜利教授在以高分子材料聚4羟基丁酸酯(P4HB)为支架及董念国教授以天然生物支架去细胞猪主动脉瓣膜支架，在支架表面包裹纤维连接蛋白（RGD肽），研究表明其细胞粘附性比PLL及为作处理的支架明显增强。

尽管目前对于特异性粘附的研究取得了很大的进步，较为理想的科研成果，但是仍有很多待解决的问题，对于特异性粘附物质的研究主要是在支架上包裹一种含有粘附蛋白或特异性肽链的寡聚肽。将多种细胞外基质中的促细胞粘附蛋白或寡聚肽同时用于细胞材料的粘附将是一种重要的研究方向。

3组织工程细胞粘附研究的新思路

近年来许多新思路、新工艺方法、新材料被引入到TEHV研究领域中并取得新的进展。细胞材料间的粘附主要是非受体介导的非特异性粘附及受体介导的特异性粘附，两者之间并无明显排斥，将两者共同引入研究中可集中两者的优点，从而增强细胞材料的粘附。

细胞材料间的粘附与细胞的分化、增长及内分泌功能都有一定的相互促进关系，生长因子对细胞分化、迁移的作用必须依赖生长因子受体和整合索信号通路的协同效应，外加TGF—β能延长RGD肽促黏附过程。

4展望

组织工程心脏瓣膜（TEHV）的研究在全世界心血管外科医师的努力下，已经取得了相当大的进展，但到目前为止，TEHV还未进入临床应用。TEHV研究中的细胞与生物材料的黏附是关键之一，我们期待具有良好的细胞粘附的材料及方法，为TEHV的进一步研究提供更好的粘附服务，从而促进组织工程的快速研究。

参考文献

[1]王圣,李温斌.去细胞组织工程心脏瓣膜研究现状与展望[J].中国医疗器械信息,2009,15(2):13-21.

[2]李秋泽,吴凌翔,杨立信,等.层层静电自组装多聚电解质共混膜与组织工程心脏瓣膜细胞的黏附[J].中国组织工程研究与临床康复,2009,13(34):6641-6644.

[3]叶晓峰,董念国,孙宗全,等.不同预处理对去细胞瓣细胞黏附率的影响[J].临床心血管病杂志,2005,21(6):367-369.