生物活性可降解聚氨酯组织工程支架的构建及其诱导膀胱修复与重建的研究

Bladder tissue injury and function loss diseases are urgent problems in the clinical treatment. A new way to deal with these diseases is using bladder tissue engineering scaffolds to repair and regenerate the destroyed tissue. The previously researches revealed that the biodegradable polyurethane elastomer showed great performance and irreplaceable advantages in the soft tissue engineering. On the other hand, scar tissue repair research showed that cytokines had played the decisive role in the tissue repair process..This proposal will study on the relationship between bulk structure and properties of biodegradable polyurethanes to build a method to synthesis polyurethane with excellent properties for bladder repair and regeneration. We will study the loading and release of cytokines in the polyurethane emulsion, exploring the effect of the bulk structure and degradation speed of polyurethane on the release speed of cytokines from the composite scaffolds. More ever, we will also explore the effect of cytokines on the immunogenicity, biocompatibility and degradation speed of polyurethane scaffolds. Furthermore, the effect of cytokines on the biology properties of the scaffolds will also be discussed. Finally, this proposal will establish an animal model for the bladder repair and regeneration evaluation of bioactive scaffolds in vivo. This research will build a method of fabricating bioactive scaffolds for bladder tissue engineering repair and regeneration. This study will provide theoretical data and experimental basis for the further clinical trials.

膀胱组织损伤和功能缺失疾病的治疗是临床上的一个棘手难题，用组织工程支架进行膀胱修复与重建是一种新的治疗思路。已有的研究表明，具有弹性性能可降解聚氨酯弹性体材料在软组织工程中的应用具有不可替代的优势；而创伤组织修复研究也表明细胞因子在组织修复过程中起到决定性的调控作用。.本项目拟探索可降解聚氨酯弹性体的本体结构对其性能的影响，寻找适用于膀胱组织修复与重建的可降解聚氨酯的合成方法；研究细胞因子在聚氨酯乳液中的装载和释放，改变聚氨酯分子结构以调节聚氨酯材料的降解速度，探讨聚氨酯本体结构与支架中细胞因子的释放速度之间的关系；探索细胞因子影响支架的生物学性能，促进支架材料细胞化和组织化的机理；并通过动物模型试验对生物活性支架在体内膀胱修复与重建中的应用进行评价。本研究将建立适合膀胱组织工程修复和重建的生物活性支架材料的构建方法，为临床试验提供理论依据和实验数据。

在临床上，膀胱组织损伤和功能缺失疾病的治疗是当今医学上的一个亟待解决的难题。本研究构建的具有生物活性的聚氨酯支架，对聚氨酯支架的性能进行了体内外评价，并建立了体内膀胱损伤模型对生物活性聚氨酯支架的体内修复和重建功能进行了表征。. 本研究制备了水性聚氨酯材料，其分子量为Mn=35,400，玻璃化转变温度Tg = -52.4 oC，拉伸强度61MPa，在pH7.4的PBS中降解10周后可实现完全降解。生物活性聚氨酯支架制备过程中，SDF细胞因子的包封率达到96. 63%，TGF细胞因子达到96. 93%。细胞因子释放15天后仍能保证每72h释放3%-4%（约0. 2ng）。. 体内外评价表明， 50%聚氨酯浸提液组在5天人成纤维细胞培养过程中皆表现为0级毒性。聚氨酯组THP-1细胞迁移率较低（47. 95%），略高于对照组（34. 31%），说明聚氨酯具有较低和免疫原性。生物活性聚氨酯植入体内后，不会引起强烈的炎症反应。在体内包埋91天后，支架降解已经超过50%。支架在降解并逐渐实现肌肉组织修复的过程中丰富的胶原形成。. 兔体内膀胱损伤模型构建和体内膀胱修复重建试验结果显示，手术后，所有试验兔均存活，无萎靡情况，且排尿正常。将兔处死后，可见膀胱均具有完整的结构，手术部位吻合良好，无漏尿。术后10天移植部位有炎性细胞聚集，术后20天仅有少量炎性细胞残留，说明聚氨酯支架植入膀胱后并未导致强烈的炎性反应，HE染色显示，术后40天时，可观察到移植部位出现明显的上皮再生，术后60天时，上皮逐渐成形，术后90天时，上皮层与膀胱的组织结构已经类似于正常膀胱。. 本研究结果表明，生物活性聚氨酯支架具有良好的细胞相容性和较低的免疫原性，并可在90天内基本实现兔膀胱损伤部位的修复与重建，为后期的大动物试验提供丰富的理论数据和试验基础。