基于MRI三维有限元模型的个体化3D组织工程补片的构建

Pelvic function disorder is a common disease among elder female, which has a great impact on their well-beings. Surgeries with synthetic mesh has become the principle way to cure PFD, which proves to induce a couple of complications, such as erosion and infecton. In the former pilot study, we have built an tissue-engineered mesh by implant ADSCs to silk fibrin, which shows both great compatibilities and mechanic characteristic , while the experiment costs a long period ,and shows poor control over cell distribution. Therefore, in the present study, we aim to build up the tissue engineered mesh by the way of 3D bioprinting ,including:（1）3D reconstruction of pelvic organs and tissue based on imaging data;（2）use 3D bioprinting technique implanting the ADSCs onto silk fibrin scaffolds according to the reconstruction model, and observe the proliferation and secretion of the cells , the mechanical characteristics of the cell-scaffold complex ；（3）Macaca rhesus is chosen to set up the IVRO animal model , in order to discuss the biocompatibility mechanic changes of the complex in vivo.

盆底功能障碍是中老年妇女的常见病，严重影响女性的日常生活。应用合成补片的手术是主要治疗方式之一，但易发生侵蚀、感染等并发症。本课题组前期将脂肪间充质干细胞种植到丝素蛋白支架上建立组织工程补片，动物实验表明其生物相容性与力学性能良好。但存在制备周期长、细胞三维分布难以控制等问题。本课题拟应用目前最先进的3D活细胞生物打印技术来优化盆底组织工程补片的设计及制作，主要研究内容如下： （1）根据影像学资料进行盆底组织或器官的三维重建，建立仿生数字模型；（2）以三维重建模型为模板通过3D打印细胞技术将细胞种植到丝素蛋白支架上构建组织工程补片；（3）打印出完整的细胞-支架复合体，并观察细胞的体外增殖、分泌情况及细胞-支架复合体的生物力学特性；（4）应用恒河猴盆底功能障碍模型研究细胞-支架复合体的生物相容性、力学特征探讨在体组织化、免疫反应及降解后的力学性质改变。构建应用于临床的个体化组织工程补片。

本课题以探索3D活细胞打印技术构建体外组织工程补片为总目标，在课题实施过程中主要完成了以下5个研究内容：（1）脂肪间充质干细胞的分离培养及诱导为成纤维细胞和平滑肌细胞技术的探索及鉴定；（2）优化丝素蛋白支架性能及动物实验验证；（3）盆底骶韧带组织细胞组成分析及三维图像重建；（4）3D打印平台搭建及应用3D生物打印快速成型技术打印出成纤维细胞-平滑肌细胞支架复合体；（5）组织工程补片的生物学力学特性、胶原成分的检测。在本课题探索中取得的成果有：（1）脂肪间充质干细胞可以稳定原代培养，并能稳定诱导成为成纤维细胞和平滑肌细胞，并能实现成纤维细胞与平滑肌细胞的共培养；（2）丝素蛋白支架优化更轻薄，改善脱胶技术降低丝胶引起的免疫反应，改善编织工艺，保持力学特性；（3）以骶韧带细胞分布特点为基础设计了3D细胞打印程序（4）3D活细胞打印体外构建骶韧带组织工程补片初步成功，实现了双细胞的三维形态体外培养，并培养存活达20天，探索了成纤维细胞-平滑肌细胞-丝素支架复合体稳定培养的培养方法；（5）组织工程补片较单纯丝素补片力学性能强，可以改善在体炎症反应，并促进周围组织新生，胶原纤维修复。综上所述，3D活细胞打印构建微型组织工程补片有其临床应用前景，丝素蛋白补片在进行编制方法改进后有望取代临床所用的聚丙烯补片。