"不完全"脱细胞气管材料在气管再造中的应用

Tracheal matrix scaffold has been clinically applied to replace tracheal defect. The scaffold was prepared from allogeneic tracheal tissue by decellularization to completely eliminate antigens to avoid host immunological rejection. However, due to the dense cartilaginous extracellular matrix, complete antigen removal and cell repopulation of the tracheal cartilage is extremely difficult, making this scaffold hard to be prepared and extensively used in practice. Fact is immunogenicity of tracheae is mainly attributed by the non-cartilaginous tissue. Cartilaginous matrix prevents the antigens of chondrocytes from passing into the recipient lymphoid tissues, making tracheal cartilage enjoy the immune privilege. Thus, the allotransplantation rejection could be avoided only by removing antigens of non-cartilaginous tissue. Based on that fact, an "incomplete" decellularized tracheal scaffold is to be prepared by exclusively eliminating antigens of non-cartilaginous tissue. This new biomaterial, with several advantages over current one, such as maximal retention of extracellular matrix viability and biomechanical strength, remarkable reduction of preparation and repopulation time, will offer a safe and reliable scaffold for urgent tracheal replacement. The current project,using rat tracheal allotransplantation model, is designed to systematically investigate the preparation, in vivo and in vitro characterization, and transplantation of the new biomaterial, aiming to provide grounded data for its future application in clinical practice.

目前气管再造较为成功的一种手段是应用"完全"脱细胞法，将作为支架的异体气管组织的所有抗原成分去除，使之不会引起免疫排斥。但其缺点在于，致密的气管软骨基质使气管软骨脱抗原及重新细胞化非常困难，成为此材料制备和推广应用的最大障碍。事实上异体气管的免疫原性主要源自气管的非软骨组织，气管软骨组织由于软骨基质的屏蔽天然具有免疫豁免性，所以我们认为单纯脱除呼吸道粘膜的抗原即可避免异体气管的免疫排斥。我们将这种单纯脱非软骨组织抗原的材料称为 "不完全"脱细胞气管材料。这种材料将会在最大程度上保留气管软骨组织的活性和生物力学强度，且制备及重新细胞化快捷，将为急需气管重建的患者提供安全可靠的气管再造手段，有极高的临床应用前景。本项目拟用大鼠气管异体移植模型，对"不完全"脱细胞气管材料的制备、鉴定和移植进行深入研究，以期为以后材料的临床应用打下坚实的基础。

目前气管再造较为成功的一种手段是应用“完全”脱细胞法，将作为支架的异体气管组织的所有抗原成分去除，使之不会引起免疫排斥。但其缺点在于，致密的气管软骨基质使气管软骨脱抗原及重新细胞化非常困难，成为此材料制备和推广应用的最大障碍。事实上异体气管的免疫原性主要源自气管的非软骨组织，气管软骨组织由于软骨基质的屏蔽天然具有免疫豁免性，所以我们认为单纯脱除呼吸道粘膜的抗原即可避免异体气管的免疫排斥。我们将这种单纯脱非软骨组织抗原的材料称为 “不完全”脱细胞气管材料。本项目应用大鼠气管异体移植模型，对“不完全”脱细胞气管材料的制备、鉴定和移植进行深入研究，以期为以后材料的临床应用打下坚实的基础。经过实验研究，本项目成功的研制出了不完全脱细胞气管材料。经过短时间的脱氧胆酸钠试剂的处理，即可得到理想的气管材料。体外材料鉴定表明：1.脱细胞效率：气管材料软组织内的细胞和抗原成分完全脱除；2.细胞外基质的结构：材料的软骨组织的组织结构与正常气管相同，气管内黏膜细胞外基质的结构保存完整，电镜显示材料的管腔内黏膜基质表面平滑完整，管腔外显微结构与正常气管相似；3. 细胞外基质主要成分含量：材料中的GAG和胶原含量与正常气管相似，无统计学差异; 4.生物力学：材料的压缩和拉伸生物力学特性与正常气管相似，无统计学差异；5. 材料软骨细胞活性：软骨细胞凋亡实验检测阴性，活性试验阳性；6. 气管材料与细胞的相互作用：气管材料黏膜基质支持细胞的粘附，增殖和分化。这说明材料达到了不完全脱细胞的要求：1.气管软组织抗原成分完全脱除；2. 气管软骨组织保持完整；3. 材料具有良好的细胞相容性。体内移植实验结果显示：1. 气管材料的气管结构完整，管腔形态得以保持；2.气管内外的CD68，CD4，CD8阳性细胞明显小于阳性组；3. 气管软骨组织完整，软骨细胞活性保持良好。以上结果表明：1.气管材料没有引起明显的特异性和非特异性免疫反应，组织相容性良好; 2. 气管材料可以耐受体内游离移植的环境，软骨细胞得以完全存活；3.气管材料的管壁力学强度良好，可以维持气管管腔的形状，足以满足气管的通气功能。这种材料在最大程度上保留了气管软骨组织的活性和生物力学强度，且制备及重新细胞化快捷，将为急需气管重建的患者提供安全可靠的气管再造手段，有极高的临床应用前景。