基于脂肪源干细胞的血管微组织工程关键问题研究

血管组织构建和新生是组织工程学中的核心问题之一。本项目提出利用微塑形加工获得的图形化水凝胶基底，通过引导脂肪干细胞聚集，建立三维微组织培养系统。在此基础上，我们将研究如何通过微组织三维空间构型、生物纳米材料和基因干扰等方法调控干细胞微环境，诱导脂肪干细胞向血管内皮细胞和周细胞定向分化，促进血管胞外基质产生，从而在微组织中获得成熟稳定的微血管结构。通过对脂肪干细胞微组织中血管分化关键问题进行探索，项目的实施不仅将发展出利用成体干细胞治疗缺血性疾病的新途径，还有望开辟组织构建的新研究策略，加速组织工程技术的推进和相关产品的开发。

本项目着重研究了脂肪源间充质干细胞（adipose derived-mesenchymal stem cell, ad-MSC)与生物材料的相互作用及相关机理，如何利用生物材料提高ad-MSC促血管组织生长，以及设计开发了可用于ad-MSC移植的生物支架材料。构建血管组织和促进血供是实现细胞和组织工程产品移植的关键问题。前沿研究发现发现间充质干细胞促进组织再生及血管生长的作用与其旁分泌功能有着更为紧密的联系。旁分泌因子是细胞之间通讯的重要介质，而间充质干细胞旁分泌物质中已经发现具有促血管新生和免疫调控因子等。在本项目中，我们重点设计了两类与ad-MSC相互作用的材料。一类材料是基于膜结合型粘附材料，主要包括多肽-树枝状纳米材料（peptide-PAMAM）。另外一类是广泛应用于细胞移植的电纺丝支架材料。我们分别研究了ad-MSC与这两类材料结合后，干细胞旁分泌行为的变化。实验发现，生物材料能有效的促进ad-MSC的增殖与分泌。ad-MSC分泌的促血管因子中，包括VEGF、Arg-1、TSG-6、HGF等都得了较大程度提升。在小鼠体内实验中，我们通过心梗模型、皮肤修复模型中进一步验证了生物材料对ad-MSC促进血管生成和组织修复的作用。项目同时开发了基于水凝胶和高分子材料的具有微井图形的支架材料，并在后肢缺血环境中验证了具有微结构的图形化支架的功能。研究发现经支架材料复合的间充质干细胞在体内存留时间延长，血管新生和血流恢复均得到提高。我们的工作为理解生物材料在细胞移植中的功能和生物材料复合干细胞治疗缺血性疾病开辟了新视角，为进一步发展干细胞治疗和细胞移植策略积累了实验和理论基础，基于本项目获得的新方法和新材料将得到进一步应用 。