脂肪来源干细胞复合聚己内酯-壳聚糖促进膀胱修复快速血管化条件优选及其机制研究

Althought tissue engineering can be used for large area bladder defect repairing, the rapid neovascularization is a key issue to be investigated. This study try to solve the problem from seeding cell, scaffold and prefabrication in vivo. The adipose derived stem cell(ASCs) can be differentiated into both smooth muscle cell and urothelium, meanwhile have robust angiogenesis ability, which is suitable for bladder regeneration. This study will use the hypoxia related pathway factors precondition and endothelial progenitor cells coculture to promote the neovascularization of tissue engineering bladder regeneration. In the study of scaffold, using the carbon nanotube embeded with sustained released angiogenic factors combine with polycaprolactone-chitosan scaffold to promote bladder vascularization. The in vivo bioreactor is another strategy for angiogenesis. We will optimize the different neovascularization conditions and explore the possible mechanism to provide a compatible technology and reasonable theory for large area bladder repair and even total bladder regeneration.

组织工程技术可修复大面积膀胱缺损，但工程化组织体内快速血管化问题一直未得到有效解决，限制了其进一步的临床转化和应用。组织工程血管化涉及诸多因素，本研究拟从种子细胞、支架材料和体内预制三方面进行膀胱组织工程修复快速血管化条件优选。脂肪来源干细胞(ASCs)可以向膀胱平滑肌和尿路上皮分化，同时具有促进新生血管的能力，是膀胱修复合适的种子细胞。本研究通过ASCs的低氧诱导预处理， ASCs与内皮祖细胞的体内外共培养，研究SDF-1α、CXCR4、CXCR7以及下游信号通路的调控机制；通过含促血管生长因子的碳纳米管缓释剂修饰三维多孔聚己内酯-壳聚糖支架；以及体内细胞材料复合物的预制技术，来促进组织工程膀胱修复的快速血管化。通过优化不同快速血管化条件来制定组织工程膀胱修复的具体策略，研究并阐明组织工程快速血管化过程中涉及的关键性机制，为大面积膀胱缺损修复和最终完全替代建立适合的技术条件和理论依据。

项目背景：组织工程膀胱扩大术修复膀胱大面积缺损面临基础研究和临床应用的困境。血管化不足是该困境的关键因素。主要研究内容：本课题从种子细胞、支架材料和体内预制三个方面进行膀胱组织工程修复快速血管化的条件优选，构建组织工程膀胱扩大术模型评价支架材料的可行性和安全性，研究其促进血管化的具体机制。脂肪来源干细胞（adipose-derived stem cells，ASCs）具备多向分化能力，取材方便广泛创伤小，是组织工程膀胱修复理想的种子细胞。本课题共计设计了膀胱脱细胞基质（bladder acellular matrix graft，BAMG）支架，自体肌成纤维（autologous myofibroblast，AM）-丝素蛋白（silk fibroin，SF）支架，双层壳聚糖支架，BAMG-SF复合支架，以及三层BAMG-水凝胶-SF复合支架。BAMG支架通过腹腔预制，后续支架材料通过材料参数优化和种植ASCs，从而提高血管化程度。重要结果及关键数据：腹腔预制2周后的BAMG在术后12周显著提高了膀胱组织的平滑肌再生和血管化，但是膀胱容量却未提高。该支架种植ASCS后进一步提高了膀胱组织的平滑肌再生，扩大了膀胱容量。在术后2周至12周，BAMG-SF复合支架逐渐促进膀胱平滑肌组织，血管化，神经再生和功能恢复。术后12周，种植有ASCs的BAMG-SF复合支架进一步促进血管化以及膀胱功能的恢复。ASCs被证实通过激活SDF-1 α /CXCR4信号通路发挥促血管化作用。术后12周，AM-SF支架种植ASCs后促进了膀胱血管化的同时，提高了再生膀胱的顺应性。部分ASCs向平滑肌细胞分化。术后70天，双层壳聚糖支架与经典的BAMG相比，提高膀胱血管化程度。在保持膀胱顺应性不显著改变的情况下，将膀胱容量提高了近1.5倍。术后12周，包裹在三层BAMG-水凝胶-SF复合支架中的ASCs促进膀胱平滑肌（P<0.05）、以及血管数量（P<0.001）。ASCs激活SDF-1 α /CXCR4信号通路的作用被再次印证，仅有少量ASCs向血管内皮细胞转化。科学意义：本课题通过条件优选确立三层BAMG-水凝胶-SF种植ASCs的最佳方案，围绕SDF-1 α /CXCR4信号通路阐述促血管化机制，为解决组织工程膀胱扩大术的快速血管化和功能恢复难题提供技术支持和理论基础。