功能性仿生化生物人工气管的研究

气管长段缺损后修复材料的选择一直是气管重建外科最具挑战性的难题。本课题从临床实践中提炼出亟需解决的难题，拟联合运用生物医学工程、纺织工程和组织工程技术，设计构建出一种新型的功能性仿生化生物人工气管，即在移植前预先对其进行生物化、再血管化和上皮化处理。关键技术流程：1）应用生物医学工程和纺织工程技术制备出一种具有良好生物力学和组织相容性的网管支架，并对其进行生物化修饰；2）将经生物化修饰的网管支架埋植于动物体内促其血管化；3）再利用组织工程技术将体外培养的气管粘膜上皮细胞接种于已经生物化和血管化处理的网管支架内壁使之上皮化；4）最后将这种仿生的功能复合体用于构建气管缺损与重建实验动物模型，发挥气管应有的通畅呼吸和分泌等功能。本课题将着力解决人工气管的生物化、再血管化和上皮化等难题，为气管替代物的临床应用研究提供理论基础、实验依据和技术可行性。研究成果将具有广阔的应用潜力和重大的临床价值。

在国家自然科学基金（30972968）资助下，本课题组主要完成了以下几个方面的研究工作：1）合成一种新型的组织工程支架材料羧乙基壳聚糖／纳米羟基磷灰石（NCECS/n-HA）复合材料，测试其生物力学性能；2）研究气管软骨细胞与NCECS/n-HA材料的相容性，探讨NCECS/n-HA用于构建组织工程气管软骨支架材料的可行性；3）研究组织块法气管黏膜上皮细胞原代培养及上皮细胞片的体外初步构建；4）研究羧乙基壳聚糖/纳米羟基磷灰石三维支架体外构建组织工程气管；5）研究纳米生物材料仿生人工气管的制备、生物力学性能检测及其体内移植实验。.主要解决的关键技术与创新点如下：1、通过共聚混合法成功地制作了NCECS/n-HA复合材料，制备过程中复合物化学性质稳定。2、通过冷冻干燥法制备的NCECS/n-HA支架具有合适的孔径大小，一定的生物力学强度，适合兔气管软骨细胞的生长。3、NCECS/n-HA复合材料具有良好的生物相容性及生物力学性能，可用于组织工程气管研究的支架材料。4、应用组织块法成功构建出一种较为经济、便捷、可传代、可重复的兔气管黏膜上皮细胞的原代培养模型。成功对培养细胞进行鉴定、传代与冻存的研究，为气管黏膜上皮细胞培养提供了技术可行性。初步体外构建气管粘膜上皮细胞片，为组织工程人工气管的上皮化提供理论基础与技术支持。5、通过胰酶/Ⅱ型胶原酶联合消化兔耳廓软骨获得的细胞即为软骨细胞，可以作为构建组织工程气管的种子细胞。6、通过真空冷冻干燥法制成的NCECS/n-HA三维泡沫支架成孔率高，孔径大小适合软骨细胞生长需要，可以作为软骨细胞的载体共同构建组织工程气管。7、自制新型纳米生物材料仿生人工气管生物力学性能良好，符合作为人工气管的要求。8、Ⅰ期埋植可以使纳米生物材料人工气管获得良好血供，使管腔密闭，能有效预防感染、吻合口瘘的发生。9、Ⅱ期带血管蒂肌肉瓣的纳米生物材料人工气管移植后，并发症少，能够与自体气管很好地结合，可以达到气管重建的目的。以上系列研究成果为新型纳米生物材料仿生人工气管在动物实验成功的基础上进一步应用于临床气管重建领域的研究提供了重要的技术可行性和有价值的科学依据，具有重要的开发应用潜力和重大的临床价值。