《Biomaterials》:三维去细胞支架为肺再生提供新途径

2014-3-11 11:26 来源: 生物通
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  大约1.27亿人具有慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disorder ,COPD),这种疾病的病死率高,是美国第三大死亡原因,由于其缓慢进行性发展,严重影响患者的劳动能力和生活质量。在终末期肺部疾病中,有时候移植是唯一可行的治疗选择,但是器官可用性有限和排斥反应对研究人员来说是另一项挑战。组织再生领域中的创新性研究成果,包括美国佛蒙特大学(UVM)医学教授Daniel Weiss博士及其同事的开创性发现,为这个疾病群体带来了希望。

  仅在过去的一年里,Weiss及其同事们就在生物工程领域著名杂志《Biomaterials》发表了四篇论文,Weiss实验室的博士后Darcy Wagner,在2014年3月份以第一作者又在该期刊发表论文,报道了他们开发COPD和肺纤维症患者的工程肺的新方法和技术。

  Weiss和他的团队主要集中在肺组织的生物工程学,包括利用人尸体肺部的支架或框架,为终末期肺部疾病患者设计新肺。为了研制用于移植的新型健康肺,他们的研究从多个角度,检测从这些肺组织剥离细胞材料(称为去细胞化)和用干细胞替代它(再细胞化)的过程。

  Wagner、Weiss及其同事,在动物和人模型中开展研究,解决了肺组织生物工程过程中面临的许多挑战,如去细胞尸体支架的存储和消毒,以及供体肺的年龄和疾病状态对于这些过程的影响。

  在最新一期《Biomaterials》发表的这项研究中,研究人员报道的新方法,能够使高通量研究人类肺的能力得以提高。

  Weiss解释说:“同时移植入一整个肺,很昂贵也很困难,这与小鼠模型不同,进行多条件的研究并不容易,例如细胞类型、生长因子和环境影响如机械拉伸——正常的呼吸运动,都将影响肺的成功再细胞化。”

  为了解决这个问题,Wagner开发出一种技术,以一种生物学/生理学方式,解剖和脱细胞化多个小片段,这样做考虑到了血管与肺气道和肺泡之间合适的立体互动。

  与UVM工程技术助理教授、生物材料科学家Rachel Oldinski博士合作,他们还开发了一种新方法,在再细胞化之前,利用来自海藻的无毒天然聚合物作为每个肺段的涂层。这个过程可让研究小组将新干细胞选择性地注入小的脱细胞肺段中,同时保留血管和气道。这种技术可让人类干细胞更多地保留在猪和人类的支架中,从而使小肺段可以通风,以便研究对干细胞分化的延伸影响。

  Wagner指出:“在单独一个脱细胞化人肺中进行大量实验和筛选多种条件的能力,为加快实现‘再生功能性肺组织用于移植’的最终目标,提供了一种途径。”

  Wagner及其同事通过另外一种新技术——热成像,开发了一种非侵入性和非破坏性方法,可在脱细胞过程中,实时监测肺支架的完整性和生理特性。据 Wagner称,这种方法可以作为评价‘肺和最终支架是否适用于再细胞化和移植’的第一步。研究人员表示,这些新技术的发展是肺部再生领域迈出的重要一步。