脂肪干细胞的三维受控组装及其向内皮细胞和脂肪细胞方向的诱导转化

This research is based on our former double-nozzle cell assembling, blood vessel tissue engineering, and adipose tissue engineering techniques to study the vascular system arrangement in human adipose tissues, three-dimensional (3D) computer-aided design (CAD) models for vascularized adipose tissue reconstruction, cell assembling matrices, cell types, and cell growth factor with the aim of solving the blood supply problems of large scale adipose tissue engineering products. It is expected that 1-2 excellent cell assembly matrices can be selected through cell/tissue compatibility experiments, synthetic polymer scaffold and cell/matrix material systems can be assembled using a switch or parallel double-nozzle deposition system, adipose-derived stem cells (ADSCs) can be induced into endothelial cells and adipose cells separately through adding cell growth factors in the 3D cell culture medium, the endothelialized channels of the 3D construct can be anastomosed to animal blood vessels without thrombus formation, the recovery ability of large scale adipose tissue damage can be enhanced to certain degree via optimizing the cell assembling material composition.It is a basic research for complex breast manufacturing.

本项目在现有的双喷头细胞三维受控组装技术、血管组织工程和脂肪组织工程的基础上，针对大尺度范围内脂肪组织工程产品血液供应这一问题，研究人体内脂肪组织的血管排布规律，研究用于血管化脂肪组织构建的三维结构模型、基质材料、细胞种类、生长因子的用量及配比。通过细胞相容性和组织相容性实验筛选出1-2种优良的细胞组装基质材料和支架材料，利用可切换或并行的双喷头自动化控制系统对细胞（包括脂肪干细胞及前脂肪细胞）/基质材料和合成高分子支架材料两个系统进行组装。通过在后期培养液中分期加入生长因子等方法将组装后的脂肪干细胞分别向内皮细胞和脂肪细胞两个方向进行诱导转化。最后将内皮化的管道系统与动物体内的血管系统相连接，检查植入体的生物相容性和脂肪组织再生情况。通过调整组装材料的成份、三维结构的尺寸等提高大尺度损伤脂肪组织的恢复能力，为复杂器官乳房的制造奠定基础。

本项目针对大尺度范围内脂肪组织工程产品血液供应这一问题，研究了大直径血管外围的支架材料，脂肪干细胞受控成形的基质材料、生长因子种类，建立了脂肪组织的计算机模型图及血管内血液传输的数学模型，分离了大鼠脂肪干细胞，并将其在三维结构中的定向诱导、分化为内皮细胞、组织，脂肪细胞、组织、平滑肌细胞、组织，确定了快速成形制备血管化脂肪组织的材料、结构和成形工艺，通过物理和化学交联法使成型后的细胞/基质层三维结构长期稳定，利用自制的生物反应器使血管化的细胞/基质层具备一定的机械强度，完成了两种血管化脂肪组织的体外培养、理化表征。发表了研究论文35篇（标注基金号），其中一篇被“Global Medical Discovery”专题报道在美国出版1本英文专著（出版社：Nova Science Publishers Inc.,）。申请国家发明专利18项，申请其中6项申请了国际发明专利。本项目解决了长期困扰组织工程的一系列技术瓶颈问题，如大尺度组织的血液供应问题，器官中多种组织形成及梯度分布，含细胞基质材料在体内的稳定性、抗凝血性、抗缝合性等，为为复杂器官，如乳房的制造奠定基础。