载P物质的胶原/聚乳酸己内酯电纺膜用于心脏瓣膜快速再生的实验研究

Most heart valve diseases eventually need valve replacement. Currently, the valve prostheses used in valve replacement surgery have different degrees of disadvantages. Hence, engineering an ideal valve substitute is necessary. By computational aided design and 3D printing technique, we have previously made a heart valve core, and subcutaneously transplanted the “core” into rabbit. Gradually, the core will be covered by cells, which help form a newly generated tissue i.e. regenerated heart valve. This individualized, non-immunogenic subcutaneous generated valve, however, has an obvious disadvantage –the valve regenerates slowly (>2 months) for the nude core can not provide cells a scaffold for adherence. In this study, we hypothesize that a porous material loaded with substance P(SP) recruiting cells can accelerate valve regeneration. So here, firstly we need to fabricate collagen/poly(L-Lactide-co-caprolactone)[PLCL] electrospun membrane loaded with SP, and then cover the film fully along the surface of 3D printed valve core, and eventually, subcutaneously transplant into big animal to verify its fast valve regeneration capability. Autologous valve replacement will be applied to assess valve function as well. The success of this study will provide patients an autologous regenerated valve within a short time.

瓣膜置换是心脏瓣膜疾病的最终治疗手段，而理想的瓣膜替代物缺乏一直是困扰心脏外科医生的难题。最新文献及我们的前期研究表明：通过计算机模拟设计及3D打印方法制备出心脏瓣膜内核后直接皮下移植，依靠自体细胞迁移覆盖内核表面，从而再生出瓣膜组织，是一种较为理想的瓣膜再生方法。然而上述方法依然存在不足：由于内核表面光滑，细胞无附着点，因此瓣膜再生慢，耗时长，力学性能不足。针对这一问题，本课题首次提出：在瓣膜内核的外表面包裹一层疏松多孔的材料作为细胞粘附的支架，并在上述材料中添加促进细胞迁移及分泌胞外基质的P物质，从而促使瓣膜快速再生的设想。为证实这一假设，本项目首先制备出载P物质的明胶/聚乳酸己内酯电纺膜, 并将其包裹在3D打印的瓣膜内核表面，皮下移植使其快速再生出瓣膜组织，最终进行大动物自体瓣膜置换并评价其功能。该项目的成功将为临床提供快速再生的自体瓣膜，解决瓣膜移植物缺乏的难题。

心脏瓣膜功能异常或瓣膜相关疾病在小儿和成人中均具有较高的发病率。心脏瓣膜替代是大部分心脏瓣膜疾病的重要治疗手段。现阶段临床使用的瓣膜移植物主要包括机械瓣膜、生物瓣膜或同种带瓣管道等，然而上述瓣膜均存在不同程度的缺陷。机械瓣难以模拟天然瓣膜血流力学特征；生物瓣膜耐久性差，10-20年后难免由于免疫排斥反应或钙化而出现瓣膜降解和功能衰退。同种带瓣管道获取和保存困难，移植后依然有较高的钙化、瓣膜狭窄或反流，乃至再次置换的风险。本项目利用生物材料和组织工程技术，针对组织工程瓣膜构建的难题，首先3D打印出瓣膜内核，并在其表面包裹一层疏松多孔的载有SP的明胶/PCL电纺膜，然后植入动物皮下后，使其快速形成再生瓣膜组织。为实现上述研究目标，本课题已开展了以下三个部分的研究：（1）组织工程瓣膜“内核”三维重建及3D打印；（2）载有SP的明胶/聚已内酯电纺膜的制备；（3）载有SP的明胶/聚已内酯及单瓣内核的动物皮下移植与评价。通过上述研究，我们已获得如下结果：（1）利用 3D 打印技术和模拟仿真技术，可以获得主动脉瓣膜立体图并打印出瓣膜“内核”；（2）静电纺丝技术可以制备出具有较好力学顺应性和生物相容性的多孔明胶／PCL支架材料。（3）通过混纺形式制备的载P电纺膜具有相对较大的孔隙、更好的力学顺应性和生物亲和性；（4）将P物质与电纺膜混纺形成的载P电纺膜可促进组织工程瓣膜细胞的定植和外基质沉积；（5）瓣膜模型包裹载P物质电纺膜皮下埋植6周后，有较多皮下组织细胞浸润，有大量胶原纤维沉积，形成丰富的结缔组织，促进了组织的快速再生。本研究的成功为其他种类的组织体内快速再生提供可借鉴方法，也将为临床需要瓣膜移植的患者快速提供力学性能好，无免疫原性，具有生长潜能的个体化再生瓣膜奠定基础。