基于PCL和骨骼肌脱细胞基质构建三维打印静电纺丝组织工程支架修复腹壁缺损

Abdominal wall defects are not, so far, repaired with an ideal material. The tissue engineering method is the main development direction for these defects repairment. Many natural and synthetic biodegradable materials, exhibits dense surface, which leads the host cells difficult to ingrowth the scaffold and have the deficiency of simulating extracellular matrix microenvironment. However, cell adhesion, migration, metabolism and early vascularization and host cells ingrowth play a critical role in endogenous tissue regeneration. So, we speculated that the composite scaffold with building the best pore size, porosity and simulating cell survival microenvironment would be able to significantly improve the effectiveness of abdominal wall defects. Our previous study found that three dimensional printing technology could be precisely controlled the pore size and porosity of the Polycaprolactone (PCL), which shows good biological and degradable property. And the electrostatic spinning technology could successfully build the nanoscale PCL/ Decellularized Muscular Extracellular Matrix (DMEM) composite scaffold to improve the cellular microenvironment.In order to study the mechanism of better early vascularization and host cells ingrowth about these scaffolds, we first build the PCL/DMEM composite scaffold by electrostatic spinning technology and the PCL scaffold by three dimensional printing technology, and make the PCL scaffold between the two PCL/DMEM composite scaffold, and then the muscle cells are implanted into its. The results will provide an important theoretical guidance for precisely regulating tissue engineering scaffold.

腹壁缺损的修复至今尚无一种理想材料，以组织工程材料进行腹壁缺损修复是腹壁外科发展方向。现有各种天然与合成可降解材料存在表面结构致密，细胞难以长入及存在模拟细胞外基质微环境的不足，而细胞的粘附、迁移、代谢以及早期血管化对内源性组织再生至关重要。因此，我们推测通过构建足够孔径与孔隙率及能够模拟细胞生存微环境的组织工程复合支架将能够显著改善腹壁缺损修复效果。我们预初研究发现三维打印技术能够精确调控具有良好生物学特性的聚己内酯(PCL)支架的孔径及孔隙率，而静电纺丝技术能够成功制备纳米级PCL/骨骼肌脱细胞基质(DMEM)支架改善细胞外微环境。因此，本课题拟首先构建PCL/DMEM复合支架，使三维打印PCL支架嵌于静电纺丝 PCL/DMEM层间，然后通过骨骼肌细胞种植构建组织工程复合支架，研究其促进新生血管和宿主细胞长入的效果与机制，结果将为构建精确可调控组织工程支架修复腹壁缺损提供重要理论指导。

腹壁缺损的修复至今尚无一种理想材料，以组织工程材料进行腹壁缺损修复是腹壁外科发展方向。现有各种天然与合成可降解材料存在表面结构致密，细胞难以长入及存在模拟细胞外基质微环境的不足，而细胞的粘附、迁移、代谢以及早期血管化对内源性组织再生至关重要。因此，我们推测通过构建足够孔径与孔隙率及能够模拟细胞生存微环境的组织工程复合支架将能够显著改善腹壁缺损修复效果。我们研究发现三维打印技术能够精确调控具有良好生物学特性的聚己内酯(PCL)支架的孔径及孔隙率，而静电纺丝技术能够成功制备纳米级PCL/骨骼肌脱细胞基质(DMEM)支架改善细胞外微环境。本课题首先构建PCL/DMEM复合支架，使三维打印PCL支架嵌于静电纺丝 PCL/DMEM层间，然后通过骨骼肌细胞种植构建组织工程复合支架，研究其促进新生血管和宿主细胞长入的效果与机制。研究表明经过脱细胞处理的猪骨骼肌脱细胞基质仍具有正常细胞外基质成分和一定量的VEGF,IGF-1等生长因子的表达。L-丙交酯与己内酯比例为50：50的聚（L-丙交酯-co-己内酯）具有较佳的生物力学性能、亲水性和生物降解性，可以作为3D打印支架材料修复腹壁缺损。结合3D打印和静电纺丝技术构建的生物复合支架对体外大鼠成纤维细胞的生长、增殖和代谢无明显抑制作用，与单纯的3D打印修补组相比，其可以更好地达到促进细胞粘附并增殖的目的。将生物复合支架植入到大鼠背部皮下后，未引发出明显的炎性细胞浸润和组织毒性。术后三组支架材料均无明显疝、瘘管等相关并发症发生，腹壁粘连情况各组之间无明显差异。相比单纯3D打印组，整个观察期内生物复合支架组诱导的新生胶原含量都较其显著增加。PSIS组早期（术后2周）重塑后的新生胶原含量相比生物复合支架组为著，有统计学差异。术后12周时，两组之间的胶原含量无明显差异。在炎性细胞浸润方面（粒细胞和巨噬细胞），三组术后早期（术后2周）无明显差异，随着时间的推移，三组的炎性细胞数量均明显减少，术后12周时，三组之间的粒细胞数量无明显差异，然而生物复合支架组和单纯3D打印组的巨噬细胞数量仍比PSIS组为多。与3D打印组相比，生物复合支架组可达到早期血管化的目的。直到术后12周时，生物复合支架组的血管数量仍比对照组的数量多。结果将为构建精确可调控组织工程支架修复腹壁缺损提供重要理论指导。