应用生物打印技术制备工程膀胱组织

At present, tissue engineering bladder mainly consists of the bladder smooth muscle cells, bladder urothelium cells and bladder scaffold materials. Without blood vessels and nerves are the reasons of insufficient blood supply, filling, and emptying of the poor function in tissue engineering bladder. Applying biological printing technology, this research focuses on our basis of the research of human tissue engineering bladder; we will use adipose stem cells, urine source stem cells different biological factors and the optimum scaffold materials respectively preparing engineering bladder fours tissue spheroids: bladder smooth muscle cells building blocks, bladder urinary urothelium cells building blocks, microvascular cells building blocks and nerve cells building blocks. Through the Computed Tomography (CT) scan the rabbit bladder profile image information, applied 3D biological printing technology, layer-by-layer additive corresponding tissue spheroids, and in this way to construction with blood supply, nerve, muscle and epithelial structures of tissue engineering bladder. Control no blood vessels and nerves of tissue engineering bladder construction, after the rabbit transplant experiment, with scanning electron microscopy test the organization morphology, blood vessels, nerves distribution of the tissue engineering bladder; by immunohistochemical, molecular biology method detection cell differentiation specific protein transcription expression; test engineering bladder urine capacity and muscle contraction ability, in order to achieve the ideal tissue engineering bladder, for clinical transplant finest quality human engineering bladder.

目前，工程膀胱主要由膀胱膀胱平滑肌细胞、膀胱尿路上皮细胞和膀胱支架材料组成，缺乏血管和神经构造是工程膀胱组织血供不足和充盈、排空功能差的原因。本研究应用生物打印技术，在前期人体工程膀胱研究的基础之上，用脂肪干细胞，尿源干细胞和不同的生物因子及适宜支架材料，分别制备四种生物打印组织原料：膀胱平滑肌细胞组织球微粒、尿路上皮细胞组织球微粒、血管组织球微粒和神经组织球微粒。通过电脑断层扫描获取实验兔膀胱剖面图像信息, 应用三维生物打印技术，逐层打印添加相应组织球微粒，通过这种方式构建有正常血管、神经、肌肉和上皮结构的工程膀胱组织。对照没有血管和神经构造的工程膀胱组织，经兔体内移植实验，采用扫描电镜检测两类工程膀胱的组织形态，血管、神经分布；用免疫组化、分子生物学方法检测细胞分化特异蛋白转录、表达；检测工程膀胱尿容量和肌肉收缩能力，以期达获得理想的工程膀胱组织，为移植优质的人体工程膀胱质奠定基础。

目前的工程膀胱组织仍未解决血供和神经支配的问题，为解决工程膀胱血供和神经支配的问题，在理想的膀胱支架上模仿真实膀胱，种植膀胱上皮、平滑肌、血管、神经四种细胞，在适宜的支架微环境中诱导细胞形成组织、器官，并发挥功能，是工程膀胱的目标，3D生物打印技术为其带来了曙光。.为实现该目标，本项目：1 为不同膀胱种子细胞营造了适应生长分化的微环境（含细胞因子、天然生物材料），种子细胞在特异的微环境中构成细胞纳米微粒。2 尝试用商用喷墨打印机打印诱导分化的平滑肌样细胞构成的纳米微粒和尿路上皮样细胞构成的纳米微粒。3 用天然生物材料和合成材料构建了工程膀胱纳米支架材料。.1 在本实验室已成功建立了大鼠脂肪干细胞的分离、原代培养以及传代培养方法。用细胞因子PDGF-BB、细胞因子TGF-betal成功诱导大鼠脂肪干细胞为平滑肌样细胞，用尿源干细胞细胞培养出尿路上皮细胞。用透明质酸钠、明胶与大鼠脂肪干细胞诱导分化的平滑肌样细胞构成平滑肌纳米微粒；用透明质酸钠、明胶与尿路上皮细胞构成尿路上皮细胞纳米微粒，经体外培养形态、分裂增殖良好（见附件1, 附件2）。.2 尝试用商用喷墨打印机打印诱导分化的平滑肌样细胞构成的纳米微粒和尿路上皮样细胞构成的纳米微粒，细胞形态多有损伤，存活不多，为改进打印后细胞的存活问题，已与华中科技大学机械系（已制备可供使用液体材料的3D打印机）尝试打印平滑肌样细胞和尿路上皮样细胞微粒。.3 在需种植细胞纳米微粒的膀胱支架材料上，特别用壳聚糖与PLGA构成膀胱带正电离子支架材料（见附件3）；用海藻酸钠与PLGA构成膀胱带负电离子支架材料（见附件4），通过对正、负纳米材料的处理，形成了多孔空间构象适于细胞生长的支架材料（见附件5），实现了对膀胱支架材料的改进。.4 已撰写了“脂肪干细胞及其在泌尿系统损伤修复中的研究现状与进展”并为《中国组织工程研究》接收发表（见附件6）。.5 根据以前的研究基础和这一年的实验研究，组织实验研究资料申请了国内组织工程膀胱相关专利一项（已交学校相关部门）；参加湖北省产学研展览会2二人次（见附件7）。. 本项目的目的是用3D生物打印技术，制备具有生物功能的工程膀胱。