組織工程角膜的研究進展

宮婷婷

摘 要 全球約1000萬人因角膜疾病或損傷而致盲，給病人及其家庭帶來極大的痛苦，給社會帶來了極大的負擔(dān)。角膜移植是目前治療角膜盲的主要手段，但是角膜供體組織嚴重不足，致使很多角膜盲病患重見光明的希望渺茫。近年來興起的組織工程角膜，即在體外構(gòu)建組織工程角膜上皮層、組織工程角膜基質(zhì)層、組織工程角膜內(nèi)皮層，有望作為捐獻角膜的有效替代物，為角膜盲患者帶來了光明的希望。

關(guān)鍵詞 組織工程角膜上皮層 組織工程角膜基質(zhì)層 組織工程角膜內(nèi)皮層

中圖分類號：R318.1 文獻標(biāo)識碼：A

0簡介

組織工程是用種子細胞與生物材料（支架）構(gòu)建細胞—材料復(fù)合物，將該復(fù)合物植入機體的組織或器官病損部位，隨著生物材料在體內(nèi)逐漸被降解和吸收，植入的細胞在體內(nèi)不斷增殖并分泌細胞外基質(zhì)，最終形成相應(yīng)的組織或器官，從而達到修復(fù)創(chuàng)傷和重建功能的目的。目前組織工程的基本原理已經(jīng)應(yīng)用到了角膜中，能夠產(chǎn)生多種角膜組織替代物，為角膜盲患者帶來了光明的希望。本文主要論述了目前角膜組織工程上皮層、角膜組織工程基質(zhì)層和角膜組織工程內(nèi)皮層的研究進展。

1組織工程角膜上皮層

角膜上皮層具有屏障和泵的功能，在維持角膜的含水量方面扮演著重要的角色。在體外，通過組織工程的方法，可以構(gòu)建能夠發(fā)揮功能的復(fù)狀上皮層。目前用溫敏性的大分子材料以及口腔粘膜上皮構(gòu)建的組織工程上皮層已經(jīng)通過了臨床的評估。但是，這種技術(shù)存在的主要缺陷是可變性高和培養(yǎng)時間長。在已經(jīng)構(gòu)建的多種角膜損傷動物模型中（例如，小鼠、兔子和山羊），人的羊膜組織已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到了角膜組織工程上皮層的重建中，然而組織內(nèi)和組織間形態(tài)、化學(xué)以及光學(xué)特性的高度可變性限制了其在臨床中的使用。雖然將人角膜上皮細胞接種于人類捐獻的角膜基質(zhì)組織上構(gòu)建的組織工程角膜上皮層，在體外能夠表現(xiàn)出天然角膜緣上皮的相似特征，但是角膜組織捐獻的匱乏限制了這種角膜的重建。在天然大分子中，重組I型膠原水凝膠能夠使接種于其上的人角膜緣的上皮細胞增殖，成為有功能的復(fù)狀上皮層。此外，膠原水凝膠還被用于組織工程角膜緣隱窩的構(gòu)建中，通過微接觸打印技術(shù)在體外產(chǎn)生三維人角膜上皮干細胞壁龕，促進角膜上皮細胞的再生。蠶絲蛋白由于其良好的光學(xué)特性、機械特性和加工特性，已被應(yīng)用到組織工程上皮層的構(gòu)建當(dāng)中，構(gòu)建的蠶絲蛋白膜的表面結(jié)構(gòu)能夠在很大程度上促進人角膜上皮細胞的附著、增殖和生長。角蛋白由于其良好的光學(xué)性能和對上皮細胞生長的支持能力，也已經(jīng)應(yīng)用到了組織工程上皮層的重建中。

2組織工程角膜基質(zhì)層

角膜基質(zhì)層的重建具有較高的挑戰(zhàn)性，因為其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且對機械性能和透明度要求高。因此，目前對組織工程角膜基質(zhì)層的研究重點主要集中在化學(xué)、形態(tài)學(xué)和機械性能方面。合成高分子材料現(xiàn)已經(jīng)被納入了組織工程角膜基質(zhì)層構(gòu)建的探索中。將合成高分子材處理成為微米級和納米級纖維形式，對體外基質(zhì)細胞的生長和分化具有指導(dǎo)和促進作用，從而產(chǎn)生正交排列且分層的膠原纖維板層。人角膜基質(zhì)干細胞能夠分化成人角膜基質(zhì)細胞，將人角膜基質(zhì)干細胞接種于纖維狀聚（酯氨基甲酸乙酯）尿素構(gòu)建的支架上，發(fā)現(xiàn)能夠在體外構(gòu)建二維的組織工程基質(zhì)板層，但是其光學(xué)性能不佳。而合成的高分子聚合物與天然生物材料不僅具有良好的生物相容性，而且具有良好的光學(xué)性能。例如，殼多糖、聚乙二醇和聚乳酸復(fù)合I型膠原蛋白納米纖維混合而成的水凝膠膜，比單純的合成纖維表現(xiàn)出更好的機械性能、光學(xué)性能以及生物功能。通過靜電紡絲技術(shù)，I型膠原蛋白可以合成納米纖維，該結(jié)構(gòu)能夠指導(dǎo)角膜成纖維細胞的生長和增殖。用蠶絲蛋白制成的多孔薄膜，其機械性能和光學(xué)性能好，在構(gòu)建組織工程角膜替代物方面有極大的潛力。另外，用蠶絲蛋白膜和蠶絲蛋白多孔膜構(gòu)成的雙層支架與人角膜緣上皮細胞和間充質(zhì)干細胞已成功構(gòu)建出了人的角膜緣。

3組織工程角膜內(nèi)皮細胞層

組織工程角膜內(nèi)皮層的構(gòu)建，其支架材料主要包括I型膠原蛋白、明膠、脫細胞基質(zhì)、殼聚糖以及硫酸軟骨素。將人角膜內(nèi)皮細胞接種于脫細胞羊膜上構(gòu)建組織工程人角膜內(nèi)皮層，在體外構(gòu)建去除內(nèi)皮細胞和部分后彈力層的臨床模型，將組織工程內(nèi)皮層移植到臨床模型中，發(fā)現(xiàn)其能發(fā)揮正常的功能，所以可作為角膜內(nèi)皮替代物。

參考文獻

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