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组织工程补片用于盆底重建的研究进展及展望

2023-08-15 153 上传者：管理员

摘要：盆腔器官脱垂(POP)是由于盆底支持组织薄弱、损伤及功能缺陷引起的严重影响女性生活质量的常见病[1],约50%50岁以上的妇女会受到影响[2]。手术治疗是重度POP的主要治疗手段，盆底重建主流是补片植入。补片分为人工化学合成网和生物网片：合成网，如聚丙烯网，在盆底修复中最常用，具有良好的力学性能和低复发率。然而，其不可降解和较差的组织相容性导致了网片暴露、感染及疼痛[3-4]。

关键词：
干细胞
支架
生长因子
盆腔器官脱垂
组织工程
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盆腔器官脱垂(POP)是由于盆底支持组织薄弱、损伤及功能缺陷引起的严重影响女性生活质量的常见病[1],约50%50岁以上的妇女会受到影响[2]。手术治疗是重度POP的主要治疗手段，盆底重建主流是补片植入。补片分为人工化学合成网和生物网片：合成网，如聚丙烯网，在盆底修复中最常用，具有良好的力学性能和低复发率。然而，其不可降解和较差的组织相容性导致了网片暴露、感染及疼痛[3,4]。生物网具有良好的生物相容性，但力学性能较差，移植物逐渐降解，且降解速度快于新组织形成速度，导致机械能力下降和POP复发，从而限制了其临床推广应用。针对合成补片与生物补片的不足，组织工程构建盆底补片应运而生。组织工程网片有3个主要组成部分：支架、种子细胞及生长因子[5]。将补片植入组织损伤的区域，种子细胞可以产生大量生物活性因子，促进盆底组织的产生，然后，由于支架为修复部位的细胞提供了合适的生长环境和机械支撑，新形成的组织可以逐渐支撑和矫正盆底的正常解剖，达到治愈POP的目的。本文简要总结了组织工程补片用于盆底修复的现状，讨论了当前组织工程主要挑战。现综述如下。

1、种子细胞

组织工程中种子细胞是组织再生的前提，理想情况下，种子细胞应该能够存活、增殖及分泌

细胞外基质(ECM),并伴有可接受的免疫反应[6]。间充质干细胞(MSCs)具有自我更新能力、多向分化潜力、生长因子分泌及免疫调节等特点，干细胞在特异性诱导下分化为盆底组织的各种细胞类型，包括肌肉细胞和成纤维细胞，促进组织修复[7]。近年来，许多来自骨髓、脂肪和真皮组织的MSCs通过旁分泌作用增加血管生成因子的表达，促进血管内皮细胞的迁移和增殖，加速组织生长[8]。组织工程支架与干细胞联合应用，可改善支架的生物相容性，促进组织生长、减少纤维化，促进POP的修复。子宫内膜间充质干细胞(eMSCs)和脂肪间充质干细胞(ADSCs)是POP最有希望的实验研究和临床治疗细胞[9]。

1.1子宫内膜间充质干细胞(eMSCs)

在子宫内膜中发现的一种血管周围间充质干细胞，可以很容易地从子宫内膜活检或甚至绝经后妇女中获得[10,11],是治疗POP的一个理想的自体细胞来源。Ulrich等[12]将种植eMSCs的不可降解聚合物聚酰胺生物网片植入免疫功能低下大鼠模型背部，eMSCs可促进组织血管生成、胶原蛋白沉积及减轻慢性炎症反应，从而提高网片的生物相容性、促进组织修复。Darzi等[13]利用eMSCs与不可降解聚酰胺/明胶网片共培养并植入小鼠体内，eMSCs可减少炎性细胞因子(IL-1β,TNF-α)分泌，并通过改变巨噬细胞M1/M2比值来减轻网状物异物反应。以上研究显示eMSCs在盆底重建中发挥重要作用。

1.2脂肪间充质干细胞(ADSCs)

从新鲜脂肪组织中即可快速提取ADSCs,且分离方法简单[14]。以ADSCs为种子细胞，结合组织工程技术在盆底重建研究中已逐渐开展。Hung等[15]将ADSCs与生物补片组织筋膜共培养，在体外试验中发现其促进Ⅰ型细胞胶原和弹性蛋白的基因表达，将其移植到实验裸鼠的背部皮肤下，ADSCs又可促进组织再生。Ochoa等[16]在体外试验中将人ADSCs与猪脱细胞真皮基质补片共培养，播种ADSCs可通过调节细胞外基质分泌，增强补片弹性及力学性能，具有修复盆底组织的潜力。以上均显示ADSCs是一种适宜盆底组织工程重建的干细胞来源，有极大的临床应用前景。

2、组织工程支架

支架是组织工程3大基本要素中关键的一环，它为组织的再生提供了充分的空间。理想的支架材料应具备以下特点：①良好的生物相容性，为种子细胞的黏附、生长及增殖提供适宜微环境。②高度的安全性，即支架材料无细胞毒性、致癌性和致畸性。③生物降解性：支架应通过水解、氧化及酶或物理降解等途径在体内降解[17]。④稳定的力学性能，为盆底组织再生提供适当的支撑。POP是一种慢性疾病，一个理想的可降解生物材料应维持6～12个月，以确保足够的新生组织达到修复POP的刚度。用于治疗POP的组织工程支架材料包括人工合成材料和天然材料。

2.1合成材料

组织工程中应用最广泛的如聚乳酸(PLA)、聚乙交酯(PGA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)及聚己内酯(PCL)。这些合成支架天然无毒，产物为乳酸和乙醇酸，经机体新陈代谢清除，但生物相容性较差。

2.2天然材料

是指取材于动物或人的组织，经脱细胞处理后，去除组织细胞但保留细胞外基质、生长因子等，是一种优良三维生物支架，如小肠黏膜下层[18](SIS),真皮细胞外基质(d-ECM)等其本身具有良好的生物相容性，其三维结构可为种子细胞提供黏附支持，增强细胞存活力[19]。陈永连等[20]回顾性分析了42例重度POP患者应用Biodesign生物补片(美国COOK公司生产的猪小肠黏膜下层补片)的疗效，发现其手术并发症相对少。但是生物补片往往存降解周期快于组织修复速度，达不到修复POP刚度，导致脱垂复发。目前能够满足各项要求的真正的支架材料尚待发现。

3、新型复合材料组织工程支架

细胞外基质等天然材料其降解速度快于新生组织生成速度，导致POP复发。人造聚合物材料具有良好的力学性能，但其生物相容性差。因此，结合天然材料和人造聚合物材料的复合材料应运而生。这种方法可以融合不同来源的两种材料的优点，构建更多的理想的支架。例如，Atala等[21]利用由胶原蛋白和人工合成物聚乙醇酸构建的可生物降解的膀胱组织工程支架，证明了复合材料支架在疾病治疗中的可行性。Poppas等[22]利用猪真皮细胞外基质水凝胶涂层聚丙烯网，植入大鼠体内后发现与未包膜的聚丙烯网相比，水凝胶包被的聚丙烯网在体内可显著减少异物反应、氧化应激及细胞凋亡，提示复合的聚丙烯网可用于POP修补的临床应用。3D打印技术的出现给组织工程注入新生机，3D打印对支架的制作和种子细胞的分布都有很好的控制作用。Paul等[23]利用3D生物打印技术，结合子宫内膜间充质干细胞和3D打印的聚ε-己内酯(PCL)网格构建的新型材料，作为一种新手段修复阴道壁，为开发POP的替代疗法提供了潜力。

4、生物活性因子

生物活性因子也是组织工程的主要组成部分，细胞因子是存在于细胞外环境中的小分子蛋白质。研究表明干细胞多具有多向分化潜力，其具体分化为哪种细胞也受到细胞因子调控[24],这些细胞因子改变干细胞的增殖、分化[25]。脱细胞支架材料本身就具有一些细胞因子如碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)和转化生长因子-β(TGF-β)[26]。而在人工合成网片缺乏以上细胞因子，但随着技术的进步，已成功研制出了含有细胞因子的人工合成支架。组织工程细胞因子主要有：雌激素、生长因子。Shafaat等[27]研究表明，释放17-β-雌二醇的聚氨酯支架的抗拉强度提高，并能产生更多的ECM和血管。Wu等[28]构建持续表达bFGF的ADSCs,发现其加速盆底组织细胞生长和细胞外基质(ECM)重建，靶向干细胞分化为成纤维细胞，加速盆底组织重建，这项研究证明了bFGF在盆腔组织工程方面具有强大的治疗潜力。Hormozi等[29]证明bFGF诱导BMSC向成纤维细胞方向分化，并增加ECM和细胞骨架成分的表达。Jia等[30]将bFGF于成纤维细胞共培养，此时成纤维细胞生长更快，并将更多的Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白分泌到细胞外基质中，表明bFGF有助于改变盆底组织微环境，促进干细胞功能，加速组织修复再生。所以细胞因子是理想组织工程支架的另一关键因素。

5、组织工程材料用于盆底重建的现状

当确定组织工程支架、细胞及生长因子时，仍需对动物进行长期的临床前试验。已有许多哺乳动物的研究[31],从小动物到大动物，从免疫活性模型到免疫缺陷模型，例如，Mukherjee等[32]利用eMSC与聚L-乳酸-聚己内酯(PLACL)和明胶组成的纳米可降解网植入小鼠皮下模型。在小鼠皮下模型中，复合网支持eMSCs附着、生长及浸润，并促进M2型巨噬细胞浸润，减轻网片异物反应，从而延缓网状物降解，促进网状物与宿主整合。Ma等[33]通过在SIS生物支架上植入人脐带间充质干细胞(HUMSCs)来重建生物工程网片，再通过骶骨阴道固定术将补片植入卵巢切除的恒河猴体内，最终显示出对阴道组织修复的促进作用，包括ECM重组、组织肌束及血管生成，为治疗POP提供了新的策略。近年来，关于人的临床前的相关研究也有进展，Liang等[34]试点研究了17例重度POP患者在进行了全子宫切除术后，利用SIS补片进行全盆底重建，2～24个月随访时间表明，这种新的手术方法是安全的，术后可以达到令人满意的治疗效果。

6、组织工程用于盆底重建的展望

POP严重影响中老年女性生活质量，补片植入治疗重度POP是主流手术方式。组织工程构建的盆底补片兼具良好生物相容性和力学性能。目前，组织工程仍面临着构建理想支架、选择最佳种子细胞和生长因子等严峻挑战。如何设计一种降解周期可调节、生物相容性更好的支架治疗POP仍需探索。此外，在POP相关研究中，建立动物模型仍然是一个挑战。在啮齿类动物或绵羊中，通常采用阴道扩张、卵巢切除术模拟脱垂模型，但是否模拟了人体POP仍待考究[35,36]。但支架欲应用于临床，必须使用大型动物模型进行研究，它们与人类有相似的盆底解剖结构、生殖周期和分娩习惯，更好评估网片长期疗效。随着3D打印技术的不断进步，制备出兼具良好力学性能和细胞活性的组织工程支架指日可待，或许是未来研究新方向之一。

参考文献:

[18]任利东,曹中伟,娜日娜,等国产猪小肠黏膜下层生物补片与聚丙烯补片在Lichtenstein疝修补术中的应用[J]中华疝和腹壁外科杂志(电子版),2019,13(6):4.

[19]郑欣,但卫华,陈一宁,等生物源性补片研究现状及应用[J].材料导报,2022,36(20):8.

[20]陈永连,柳晓春,郑玉华,等生物补片治疗42例重度盆腔器官脱垂疗效分析[J]广东医学, 2018,39(4):4.

基金资助:山西省卫生健康委员会山西省医学重点科技项目(2022XM23);

文章来源:孙林林,平毅.组织工程补片用于盆底重建的研究进展及展望[J].中国妇幼保健,2023,38(16):3161-3164.DOI: