3D類心肌組織與ALGINATE水凝膠用于大鼠心肌梗死修復(fù)的研究.pdf

1、心肌梗死是由于心血管局部堵塞導(dǎo)致心肌局部供血不足而引發(fā)的心肌壞死，由于心肌組織的再生潛能極其有限，而且用于心臟移植的供體器官嚴(yán)重缺乏，心肌梗死和相關(guān)的心血管疾病是全世界最首要的死亡原因。目前對(duì)心肌梗死的治療手段包括再灌注心肌、緩解疼痛、抗心律失常、抗休克、并發(fā)癥治療等，尤其是介入治療技術(shù)的突飛猛進(jìn)使很多急性心肌梗死患者避免了死亡，但臨床治療對(duì)心肌梗死后的心力衰竭仍力不從心，原因是心梗誘發(fā)的心室重構(gòu)過(guò)程中心肌細(xì)胞的缺失和細(xì)胞外基質(zhì)降解，心

2、室壁變薄，室壁的力學(xué)性能下降，導(dǎo)致心功能降低，甚至心力衰竭的發(fā)生，因此研究用于心肌梗死治療的新策略具有重要意義。大量研究表明，利用組織工程的方法將由生物材料與心肌細(xì)胞研制的組織工程心肌或活細(xì)胞移植或注射到受影響的心肌組織中，對(duì)于改善受損心肌的功能具有重要意義，為心肌梗死的治療開(kāi)辟了新的途徑。然而這種治療方案目前仍然處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的嘗試階段。本研究針對(duì)心梗誘發(fā)的心室重構(gòu)過(guò)程中心肌細(xì)胞的缺失和細(xì)胞外基質(zhì)的降解，以海藻酸鈉水凝膠為基本材料，分別

3、設(shè)計(jì)體外心肌組織工程構(gòu)建3D類心肌組織和注射水凝膠的原位心肌組織工程的方案對(duì)心肌梗死的損傷進(jìn)行修復(fù)治療，取得了較好的結(jié)果，為心肌梗死的治療開(kāi)辟了新的途徑。
　　海藻酸鈉是一種多糖類的高分子材料，因其有良好的生物相容性和抗凝血性，故在組織工程和心肌組織工程中具有廣泛的應(yīng)用，尤其作為支架材料在骨組織、心肌組織中應(yīng)用較多。鑒于心肌梗死的病理過(guò)程中心肌細(xì)胞的缺失和常規(guī)三維支架材料難以在體外構(gòu)建高密度的類心肌組織的難點(diǎn)，本研究采用微囊化技術(shù)

4、在體外構(gòu)建結(jié)構(gòu)致密的三維類心肌組織。首先利用不同比例的膠原研制海藻酸鈉/膠原復(fù)合微囊，該復(fù)合微囊的細(xì)胞相容性得到顯著改善，適于原代大鼠心肌細(xì)胞的貼附和增殖。二維培養(yǎng)的心肌細(xì)胞通常增殖能力較弱，而且容易失去心肌細(xì)胞特征，而包覆于該微囊內(nèi)的心肌細(xì)胞能夠持續(xù)處于增殖狀態(tài)，且無(wú)需傳代，并維持典型心肌細(xì)胞的特征。因此，該復(fù)合微囊技術(shù)具有維持乳鼠心肌細(xì)胞持續(xù)增殖的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。利用該復(fù)合微囊對(duì)大鼠乳鼠原代心肌細(xì)胞進(jìn)行三維培養(yǎng)，可以持續(xù)培養(yǎng)長(zhǎng)達(dá)3個(gè)月時(shí)間

5、，在微囊內(nèi)形成了高細(xì)胞密度、有持續(xù)搏動(dòng)功能的三維類心肌組織。為了進(jìn)一步驗(yàn)證該類心肌組織在體內(nèi)的活性，將該類心肌組織植入大鼠心肌梗死的模型，6w后檢測(cè)大鼠的心功能證實(shí)，該三維類心肌組織能夠顯著改善心臟的射血分?jǐn)?shù)和梗死部位的血管再生。
　　心肌梗死引發(fā)的心肌細(xì)胞外基質(zhì)的缺失是導(dǎo)致心功能降低的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，可注射凝膠的局部注射能改善心肌梗死區(qū)的力學(xué)性能，減少心衰的發(fā)生。由于目前多用鈣離子交聯(lián)的海藻酸鈉水凝膠，雖然有功能改善，但是鈣離子交

6、聯(lián)的水凝膠存在著力學(xué)性能差，體內(nèi)不易降解，細(xì)胞親和力差等不足。本文采用將海藻酸鈉進(jìn)行部分氧化，得到具有活性的醛基，進(jìn)而與明膠分子中的游離氨基發(fā)生反應(yīng)形成共價(jià)交聯(lián)的水凝膠。將化學(xué)交聯(lián)的可注射的海藻酸鈉水凝膠與離子交聯(lián)的水凝膠進(jìn)行了系統(tǒng)的對(duì)比研究，共價(jià)交聯(lián)的凝膠系統(tǒng)的力學(xué)性能、降解性能和細(xì)胞親和力明顯優(yōu)于鈣離子交聯(lián)的水凝膠，從而總體上提高了心肌功能的恢復(fù)，該凝膠力學(xué)性能達(dá)到106Pa，凝固時(shí)間可調(diào)控于30-40 min，孔隙率達(dá)到70％。化

7、學(xué)交聯(lián)的凝膠在體外、體內(nèi)降解率加快，植入大鼠心肌梗死模型后，心功能恢復(fù)增強(qiáng)。組織學(xué)研究表明，化學(xué)交聯(lián)的可注射凝膠在體內(nèi)增加左心室室壁厚度，促進(jìn)血管再生，并能抑制基質(zhì)金屬蛋白酶的活性。
　　總之，本論文針對(duì)心肌梗死的病理過(guò)程中心肌細(xì)胞損傷和細(xì)胞外基質(zhì)損傷兩個(gè)基本問(wèn)題進(jìn)行了研究。針對(duì)心肌細(xì)胞的損傷設(shè)計(jì)了海藻酸鈉水凝膠三維微囊化技術(shù)成功構(gòu)建了具有持續(xù)搏動(dòng)功能的類心肌組織，而針對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)流失設(shè)計(jì)了化學(xué)交聯(lián)的可注射凝膠，并應(yīng)用于大鼠心肌梗