利用异种脱细胞软骨膜复合静电纺可降解纳米膜构建组织工程气管的实验研究

The technolagy of tissue engineering for functional trachea may be promising for the treatment of congenital heart disease with long tracheal stenosis. The good laterad mechanical property, portrait flexible ability, vascularization and epithelization are critical for constructing physiological tissue-engineered trachea. The suitable scaffold and construction methods are the preconditions. Acellular cartilage sheets (ACSs) contain the natural extracellular matrix of cartilage and have the inducing ability for cartilage. Therefore, ACSs will be the good selection for scaffolds. Electrospinning nanofibers provide a new source for engineering trachea since they have the characteristics of good compatibility and large-scale preparation. Besides, the sandwich model provides a well construction for engineering trachea. Therefore, this study will select autologous bone marrow mesenchymal stem cells as cell source, and ACS and electrospun nanofiber membranes as scaffolds，and ACS cooperating with TGF-β3 as induction factors to construct tissue-engineered trachea by sandwich model. Since we will implant the trachea into autologus sternohyoid muscle for vascularization and add airway epithelial cell sheets cultured in vitro for epithelization，we can acquire physiological man-made trachea with properties of good laterad mechanical property, portrait flexible ability, vascularization and epithelization.

运用组织工程技术构建符合生理特性的气管是治疗先天性心脏病合并长段气管狭窄的迫切需要。良好的侧向机械性能、纵向伸缩能力、血管化及上皮化是构建生理性组织工程气管的关键，而合适的支架材料和构建方法是成功构建的前提。软骨脱细胞膜（ACS）由于类似天然软骨细胞外基质，而且具有一定的成软骨诱导能力，所以成为构建材料的重要选择。静电纺可降解纳米纤维膜因其良好的生物相容性及可大规格制作的特征，为构建复杂形态特征的气管提供了新的材料来源。"三明治"层层叠加的构建方法，为上述平面材料构建三维器官提供了可能。本研究拟以自体骨髓基质干细胞为种子细胞，异种ACS与可降解静电纺纳米膜为构建支架，采用"三明治"的构建方法，利用ACS协同细胞因子TGF-β3的成软骨诱导作用，给予自体异位血管化，并结合体外培养的气道上皮细胞膜片来构建具有复杂形态结构，良好的侧向机械性能和纵向伸缩能力，良好的血管化和上皮化的组织工程气管。

先天性气管狭窄（congenital tracheal stenosis，CTS）是一种潜在威胁生命的、罕见的先天性疾病，常合并先天性心脏病而发生。对于短段及中重度狭窄患者，目前治疗手段主要为手术，而对于长段，狭窄极其严重的气管狭窄患者，目前并无有效的治疗手段。组织工程气管为此类患者带来了新的希望。通过本项目的资助，我们首次制备了软骨脱细胞基质凝胶并对其进行了鉴定及成软骨特性的研究。结合静电纺丝技术，我们进一步进行了软骨脱细胞基质/聚己内酯电纺膜的制备，鉴定及体内外成软骨的研究。在此基础上，通过结合3D打印技术，将明胶/PCL电纺膜复合3D打印的气管支架体内外构建出了组织工程气管补片。利用3D打印技术，结合软骨细胞体内外构建出了组织工程气管，并且进行了兔和大动物羊的气管移植的研究，成功实现了大动物羊存活98天的记录。通过该项目的研究，课题组总共发表论文9篇，其中SCI论文6篇，中文核心3篇。论著7篇，综述2篇。申请并获得专利2项，其中一个实用新型，一个发明专利，通过本项目的研究，课题负责人申请获得了上海市浦东新区科学技术奖一等奖1项，全国妇幼健康科学技术奖二等奖1项，华夏医学科技奖三等奖1项。上述研究对于气管领域具有重要价值和临床实际意义，尤其是对于先天性心脏病合并气管狭窄的病人，具有非常重要的价值，关键技术的突破，能够给临床患者带来新的手术方式和治疗方法。