可导电三维复层支架促进骨髓间充质干细胞肝向分化的实验研究及其在肝脏组织工程中的应用

肝脏组织工程通过建立细胞与生物材料的三维空间复合体，用以对病损肝脏进行形态、结构和功能的重建并达到永久性替代，是目前最有希望的肝移植替代治疗手段，然而，它目前的发展受到了多方面的制约，其中骨髓干细胞的分化及血管化的形成是其面临的两大挑战。本课题拟构建一种可导电三维纤维管支架作为干细胞的载体，同时辅以相关诱导因子，利用电刺激来促进干细胞的肝向分化；随后，将结合了VEGF的纳米纤维支架与上述三维支架复合，构成一种复层支架，利用复层支架的缓冲空间及定向作用来促使新生血管定向深入生长；最后，通过一系列相关机制的检测，探讨电刺激促进骨髓干细胞肝向分化的可能机制。本研究充分利用生物医学材料，为解决肝脏组织工程中干细胞的分化及血管化问题进行了有益的探索，并首次将电刺激应用于肝脏组织工程，从而为干细胞肝向分化开辟了一条新的道路，也为电刺激诱导干细胞分化应用于肝脏组织工程奠定了理论基础。

肝组织工程作为治疗肝功能衰竭的有效方法，尽管近年来取得了一定的进展，仍有许多问题需要解决，其中包括种子细胞的选择、新型支架材料的开发以及组织工程肝脏的血管化等。本课题构建了一种聚吡咯/PLGA复层三维支架，内层的聚吡咯支架能够实施电刺激，从而可促进干细胞的肝向分化；外层的PLGA纳米支架，能缓慢释放VEGF，从而促使血管新生。该复合支架将纳米材料与导电材料有机结合，充分发挥其导电性及缓释效应，以期能解决相应问题。.首先，我们采用静电纺丝及氧化聚合的方法制备了聚吡咯/PLGA复层三维支架，并对其进行了物理表征及生物相容性的检测，证实其具有良好的导电性及生物相容性；其次，我们在该支架表面培养了干细胞株，并在外周施以电场刺激，从而验证电刺激对干细胞肝向分化的作用，细胞计数表明，电刺激组细胞倍增之间明显短于对照组，说明电刺激对干细胞增殖具有促进作用，功能检测表明电刺激组白蛋白、尿素及P450酶指标均明显高于对照组，免疫荧光检测也提示实验组能更早地出现肝细胞特异蛋白表达。随后，我们进一步研究了最佳电刺激强度，研究结果提示，电流强度为20mA时，细胞的各项功能表达最强，因而是促进干细胞向肝细胞分化的最适电刺激强度。最后，我们将构建的复层三维支架植入肝功能衰竭大鼠体内，结果提示，治疗组大鼠各项肝功能表现及生存率均较对照组大鼠要好，这说明了我们构建的三维支架对肝功能衰竭具有一定的治疗作用，因而具有良好的应用前景。