VEGF修饰Collagen/PLCL支架材料构建血管化组织工程窦房结探索性研究

Currently, cardiac biological pacemaker can be established by gene transfection and cell transplantation. Nevertheless, the two approaches are challenged by several factors, such as genes could not express continuously and stablely, transplanted cells could not localize at the pacing position readily and ectopic pacing causes arrhythmias, etc. Thus, it is very significant to construct tissue-engineered sinus node to mimick in vivo condition. The sinus node lesion is closely related with sinus node artery stenosis and sinus node pathological fibrosis (caused by ischemia or hypoxia). Based on the background mentioned above, in this study, we attempt to construct a tissue-engineered sinus node which can induce surrounding tissues for neovascularization. To make it realized, we seed sinus node cells on the VEGF modified Collagen-PLCL electrospun graft，which mimicked the bundle fiber structure as sinus node cells lived in vivo . The cultured tissue-engineered sinus node will be transplanted to the position of the sickness sinus node in canine model and the after-parameter will be detected. And through this construction we make the exploration if we can use the tissue-engineered sinus node to mimick the structure and function of natural node, induce the neovascularization of surrounding tissues by capturing endothelial progenitor cells with the antibody. Then the issues of sinus node and myocardial ischemia might be solved and the success rate of transplantation can be raised. This project will establish the foundation for the research and development of modern tissue-engineered cardiac biological pacemaker through a noval approach to construct vascularized tissue-engineered sinus node.

目前构建心脏生物起搏器常用的基因转染和细胞移植两类方法存在基因持续稳定表达困难、移植细胞无法稳定存留于起搏位置、异位起搏导致异常心律等问题，因此，模拟体内环境构建组织工程化窦房结的研究具有重要意义。窦房结病变与窦房结动脉狭窄，窦房结组织缺血、缺氧导致的病理性纤维化密切相关。基于前述背景，本课题拟使用PLCL与I型胶原混纺,制备出模拟天然窦房结细胞生长所需的束状纤维结构支架,并通过VEGF对支架进行表面修饰，再将体外分离培养的犬窦房结细胞种植到修饰后的材料上，构建可诱导周围组织血管化的组织工程窦房结。然后将构建的组织工程窦房结移植到病态窦房结综合征的犬模型窦房结区，并进行后续检测。探索在模拟天然窦房结结构与功能的同时，利用生长因子诱导周围组织血管新生，改善窦房结及周围心肌缺血的问题，提高移植成功率。本课题从构建血管化组织工程窦房结这一角度入手，为新型组织工程化心脏生物起搏器的研究提供新思路。

早期心脏生物起搏器常用基因转染和细胞移植两类方法，随着研究进展，组织工程窦房结的研究逐步发展，目前全球的研究已经在种子细胞和不同的基质两个方向展开，但是进展仍然非常有限。目前，组织工程窦房结的研究中，如何在较厚的材料中建立细胞间连接，维持细胞的长期存活，诱导组织工程材料的血管化，形成稳定血液供应，仍然是亟待解决的核心技术问题之一。本课题着重于这一部分进行研究，通过对材料进行修饰，达到提高单位体积材料中的细胞密度，保持较厚材料内的细胞间连接，促进微血管新生，诱导干细胞分化，减少细胞凋亡的作用。本课题收获了以下主要研究成果：1.构建了一个可以提高水凝胶材料内细胞密度100倍的组织工程支架材料；2.经过验证，高密度水凝胶材料可以在高细胞密度，且尺寸较大的情况下，仍能保持细胞长期（2周）存活，并维持良好的细胞间连接3.构建了一种载7-氨基酸肽的胶原水凝胶支架材料，实验证明，该水凝胶材料可以有效提高微血管密度，改善组织血供，并能增强干细胞的募集和分化，抑制细胞凋亡，改善心脏性能。本课题的科学意义包括：1.水凝胶材料因材料生物相容性良好，质地柔软，被认为是构建组织工程窦房结材料的良好选择，但与天然器官相比，传统的水凝胶材料能够承载的细胞密度较低，难以达到组织工程窦房结所需的细胞密度和起搏强度。在本课题的研究当中，我们将水凝胶材料当中承载的细胞密度提高至传统密度的100倍，极大的提升了支架材料承载细胞的能力。2.传统的水凝胶材料往往面临体积的限制，一旦厚度增加，水凝胶内部的细胞将大量死亡，我们的实验证明，在培养两周后，水凝胶内的细胞仍然维持着良好的细胞间连接和活细胞比例，为组织工程窦房结的构建打下了良好基础。3.我们构建了一种新型的胶原水凝胶支架材料，可以改善血供，增强心脏功能，维持干细胞活性，减少细胞凋亡。