BMP/EGF修饰同轴电纺聚己内酯/胶原纳米纤维组织工程气管支架的生物学性能与应用研究

Tissue-engineered tracheal transplants have been successfully performed clinically. However, before becoming a routine clinical procedure, further preclinical studies are necessary to determine the underlying mechanisms of in situ tissue regeneration. Here we describe a protocol using a tissue engineering strategy and orthotopic transplantation of either natural decellularized donor tracheae or artificial electrospun nanofiber PCL/collagen scaffolds modified by BMP/EGF into a rabbit model. The protocol includes details regarding how to assess the scaffolds' biomechanical properties and cell viability before implantation. It will be a new and reliable method that can be used to investigate the crucial aspects and pathways of in situ tracheal tissue restoration and regeneration, forthemore , it will be a new method that can be used to construct tracheal defects.

长段气管切除重建是胸外科领域的国际难题，组织工程气管是最有应用前景的气管替代材料，而探寻理想的支架材料是目前亟待解决的问题。本课题在前期建立的具有自主特色的组织工程气管研究基础上，设计了一种新的组织工程气管支架，基因修饰同轴电纺聚己内酯/胶原纳米纤维气管支架。通过构建同轴电纺聚己内酯/胶原纳米纤维支架，接种骨髓间充质干细胞和气管粘膜上皮细胞，评价其作为支架材料的物理特性、生物学特性、细胞亲和性；利用同轴电纺的壳-芯结构，将骨形态发生蛋白与表皮生长因子负载在胶原芯层，对支架进行修饰，研究其对种子细胞的生长、分化的作用与机制；通过动物实验，评价其临床应用的效果。本项目的研究，有望为组织工程气管的临床应用提供一种新的方法。

探寻理想的气管替代重建材料是胸外科研究领域的重点课题。虽然气管移植、人工气管、自体组织等替代材料的研究取得了许多进展，临床也有应用病例报道，但并未见推广。2008年临床中应用组织工程气管治疗第一例患者，将组织工程气管的研究推到了气管重建外科的前沿。随着组织工程气管基础和临床研究的深入，支架材料研究已成为现今的核心问题。本课题采用静电纺丝技术在组织工程骨、软骨、口腔、血管、神经组织等的研究证实，制备气管支架研究很少。.本课题采用静电纺丝构建气管支架，研究其在组织工程气管中的作用于机制。主要研究内容包括：（1）静电纺丝材料的筛选及生物学评估，（2）静电纺丝工艺流程的建立及优化，（3）组织工程气管支架的制备及综合性能检测，（4）组织工程气管的体内及体外实验。.通过本课题的研究，我们的研究结果为：（1）组织工程气管支架材料的选择与改性：物理改性提高PLA材料的亲水性，石墨烯提升PLA纺丝的抗菌能力，改性茶多酚提升纺丝的抗氧化性能。（2）组织工程气管支架材料的工艺建立及优化：自主设计改进电纺工艺，利用导电框架，调控流体飞行方向，实现对材料制备的可控化操作，提高了支架的力学性能，并且形成了适合细胞生长的孔隙率。（3）组织工程气管的制备与应用研究：应用改良的工艺构架气管支架，并进行改性，体外和体内实验证明，支架利于细胞孵育和生长，植入体内后可以促进细胞再生和血管再生。.本课题的研究取得了初步的成果，联合利用3D打印及静电纺丝技术，设计并制备了具有多级结构的组织工程气管支架，利用胶原、石墨烯等改性材料，使气管支架具备了抗菌等多种生物学功能，体内及体外实验证实制备的气管支架具有良好的生物安全性，能够促进血管及组织的渗透生长。.再今后研究中，应进一步提升支架的远期理化性能，并且应进一步对可吸收材料的体内降解进行深入研究，为支架材料应用于临床奠定基础。