应用细胞自组装及电场诱导技术构建off-the-shelf组织工程血管

Current various types of tissue engineering blood vessels (TEBVs) possess complicated construction procedure and long waiting time, and can not be applied to emergency or time-limited surgery (eg, emergency coronary artery bypass grafting, critical lower limbs ischemia, etc.), therefore, to construct a safe and functional off-the-shelf TEBVs will have great clinical value. Based on our previous work, we propose to combine allogeneic cells self-assembly, decellularization and heparin immobilization techniques to fabricate a controllable human extracellular matrix as a scaffold material with good physical property and blood compatibility. The adult adipose stem cells (ADSCs) extracted directly but without culture in vitro will be used as seeding cells. We will apply electric field induced technique to enable ADSCs to migrate and adhere on the luminal side of the scaffold, in order to improve the efficiency of cell seeding, and construct completely biological off-the-shelf TEBVs, expecting that overall constructing time will be less than 2h. There after, the human TEBVs (hTEBVs) will be transplanted into a nude rat abdominal aortic aorta, and the tissue morphology characteristics, such as patency rate, intimal hyperplasia and remodellation after transplantation, will be observed. Through the detection from DNA, RNA and protein level, the keeping and differentiation of the seeding cells and the physiological function of engineered blood vessels will be evaluated. The successful implementation of this subject might promote the further conversion of experimental TEBVs to the clinical application.

既往报道的各类组织工程血管（TEBVs）均存在构建程序复杂、等待时间较长等问题，无法适用于临床急诊和限期手术，因此构建一种兼顾安全性与功能性的off-the-shelf(即用型) TEBVs具有较大临床实用价值。申请人结合自身工作基础，拟采用同种异体细胞自组装、脱细胞及肝素固化等技术，可控性制备具有良好物理性能与血液相容性的人源细胞外基质作为血管支架；以直接提取的成人脂肪干细胞（ADSCs）作为种子细胞；并应用电场诱导技术使ADSCs于支架腔内趋向性黏附生长、提高细胞种植效率，构建全生物化off-the-shelf TEBVs，预计总体构建时间<2h。通过裸大鼠腹主动脉移植实验观察人源TEBVs移植后通畅率、内膜增生与结构重塑等组织形态学特征，并从DNA、RNA和蛋白质水平检测、评价种子细体内保持与分化，以及工程化血管的生理功能等。本课题的顺利实施可促进实验TEBVs向临床应用进一步转化。

目前，临床上缺乏具有良好生物相容性和长期通畅性的小口径人工血管，因此寻找一种具有正常血管生物学功能的替代产品以满足临床需求成为必然的趋势。随着现代组织工程学、干细胞技术以及生物材料研究的不断深入，构建组织工程血管（Tissue Engineered Blood Vessels, TEBVs）为解决血管移植物来源问题提供了有效途径。本课题主要围绕血管支架、种子细胞与构建方法三方面展开研究，概要如下：.（1）血管管支架：本研究应用静电纺丝技术成功构建新型的复合聚己内酯/壳聚糖纳米纤维支架，经体内外实验证实该血管支架具有良好的物化性能与生物相容性。并可消毒后予以冻存而不影响相关性能。.（2）种子细胞：本研究分别尝试采用脂肪干细胞，经脂肪干细胞诱导分化的血管内皮祖细胞等作为种子细胞。前者具有取材方便、快捷，适用于临床急诊手术；后者可定向分化为血管内皮细胞，使移植血管具有良好生物学功能。.（3）构建方法：本研究利用ADSCs/EPCs的电趋向性生长特性，在电场诱导下ADSCs/EPCs与上述血管支架复合培养构建TEBV。.本课题以血管组织构建为核心、以缩短体外构建时间为重点，构建出一种具有良好功能、适用于临床急诊的off-the-shelf TEBVs，并通过动物体内移植实验评价该TEBVs的生物学功能、揭示其体内演化规律，为将来临床应用研究提供科学理论和实验依据。因此，本项目研究工作是针对目前国内、外血管组织工程学界期待而又未解决的重要科学问题，具有良好的科研意义和实际应用价值，研究成果将被应用于进一步优化组织工程化血管的构建技术和未来的临床应用。