医学专题血管、神经组织工程

1、第七节 血管组织工程2021/7/20 星期二1一、血管的组织结构(一)动脉1、中动脉 管壁平滑肌丰富、管壁收缩性强，又称肌性动脉。内膜 表面为内皮，内皮周围有内弹性膜。内 皮和内弹性膜之间，有较薄的内皮下层，含少量胶原纤维、弹性纤维和少许纵行平滑肌。中动脉的内弹性膜明显，此为内膜和中膜的分界。 2021/7/20 星期二2 中膜 较厚，主要由1040层环行排列的平滑 肌组成，平滑肌之间有一些弹性纤维和胶原纤 维。动脉中膜含有平滑肌细胞，这些平滑肌细 胞具有产生结缔组织纤维和基质的能力。 外膜 外膜的厚度与中膜相近，由较疏松的结 缔组织组成，含有胶原纤维和弹性纤维。在外 膜与中膜交界处，有的中

2、动脉有较密集的弹性 纤维，有的有一层较明显的外弹性膜。2021/7/20 星期二32021/7/20 星期二42、大动脉 管壁中有许多层弹性纤维，平滑肌较少，也称为弹性动脉。内膜 内皮外有较厚的内皮下层，其中含胶原纤 维、弹性纤维和一些平滑肌。内皮下层之外为多层 弹性膜，与中膜的弹性膜相连，故内膜与中膜没有 清楚的分界。中膜 主要由多层弹性膜和一些平滑肌组成。成人 有4070层弹性膜，各层弹性膜由弹性纤维相连。外膜 较薄，致密的结缔组织组成，没有明显的外 弹性膜。外膜逐渐移行为周围较疏松的结缔组织。2021/7/20 星期二5(三)动脉血管内皮的功能 血管内皮细胞构成血管的光滑面，便于血液流动

3、。内皮细胞能合成并向血液释放多种有生物活性的物质，如A、B血型抗原，因子，前列环素。正常时，抗凝物质占优势，使血液保持液体状态，血管受损时，凝血物质增多，参与凝血。2021/7/20 星期二6 （二）静脉 常与相应动脉伴行。静脉管壁薄而柔软，弹性也较小。静脉壁内平滑肌和弹性组织不及动脉丰富，结缔组织成分较多。1中静脉 内膜薄，内弹性膜不发达或不明显。中 膜比相伴行动脉薄，平滑肌束分布稀疏。外膜一 般比中膜厚，没有外弹性膜，由结缔组织组成， 有的中静脉外膜可有纵行平滑肌束。 2021/7/20 星期二72大静脉 管壁内膜较薄，中膜很不发达，为几 层排列疏松的环行平滑肌，甚至没有平滑肌。 外膜则较

4、厚，结缔组织内常有较多的纵行平滑 肌束。 3静脉瓣 管径2 mm以上的静脉常有瓣膜，防 止血液逆流。瓣膜为两个半月形薄片，彼此相 对，根部与内膜相连，其游离缘朝向血流方 向，为含弹性纤维的结缔组织。2021/7/20 星期二8二、血管移植的发展1、静脉移植 运用自体静脉作为动脉搭桥的替代品。2、异种或同种异体血管移植 易发生动脉瘤和移植后感染。3、人工合成血管移植 目前常用的人工血管有涤纶织物、膨胀性聚四氟乙烯（ePTFE）、聚乙烯对酞酸盐（Dacron）制成的血管，适用于大直径高血流速段血管移植，直径5mm以下的低血流速段血管移植疗效差，往往发生血栓栓塞。4 、组织工程化血管2021/7/2

5、0 星期二9三、组织工程化血管（一）血液与植入材料之间的反应1蛋白吸附 一旦血液通过移植物，血浆蛋白（白蛋白、纤维蛋白、免疫球蛋白IgG等）立即吸附于移植物血管壁。在移植物表面发生重新分布。 2血小板沉积 蛋白质/血小板复合物沉积后血小板构象发生改变并释放颗粒，释放出一系列生物活性物质，这些物质可激活其他血小板并增加凝血酶的产生；诱导调节平滑肌细胞漂移和增殖；控制单核细胞积聚到移植物上。2021/7/20 星期二103中性粒细胞和单核细胞浸润 趋化因子将中性粒细胞吸引到移植体上，被激活的中性粒细胞释放出氧、自由基和各种酶，诱导基质降解，控制整个内皮细胞分化的过程，控制移植血管的组织整合。4内皮

6、细胞和平滑肌细胞的向内生长 移植物仅有有限的内皮细胞向内生长，其生长不超过吻合端l2 cm；吻合口区周围可以发现受损伤或未融合的内皮细胞，但生化性质发生改变，可能启动血栓形成和平滑肌细胞生长。平滑肌细胞增殖，产生细胞外基质成分。这种平滑肌细胞过度增生的反应通常被认为是产生内膜肥厚的主要原因。 2021/7/20 星期二11 （二）移植物的组成和构建1、多孔性和通透性 组织向内生长的速度依赖于移植物的多孔性和通透性。通透性过小影响移植体内皮化的速度，增加血栓形成；通透性过大，使周围组织长入过快而阻塞移植血管。2、血管壁顺应性 在顺应性相对较好的动脉和不可延展的移植物吻合口处是出现血流紊乱的部位；

7、动脉不同区域顺应性变异性太大远端小腔隙动脉顺应性小于较大的、较中心的动脉。3、流动面特性 血液与移植体表面的相互作用，依赖于其表面的理化特性。如表面电荷、粗糙程度。2021/7/20 星期二12(三)移植物的丧失和通畅率 即刻丧失-机械原因 置人体内第1个月发生丧失-远端高阻力发生血栓所致。 置入后6个月到3年发生丧失-吻合口假性内膜过度增生。 可以通过预先处置移植物的构建、组成和或通过诱导改变血液和组织对植入移植物反应等干预措施来消除这些障碍。2021/7/20 星期二13四、生物杂交移植物(一)表面改性1、中性多聚体外衣：中性碳衣、硅衣2、蛋白涂层：明胶、胶原3、抗生素浸渍移植物：头孢菌素

8、、利福平4、抗凝剂的附着：尿激酶（二）内皮化移植物1、内皮细胞种植外源性内皮细胞的应用 问题：细胞的密度；细胞的黏附和驻留 解决：含氮血浆处理移植体；延长孵育时间； 选择利于细胞吸附的材料 2、刺激内源性内皮细胞再表面化：FGF2021/7/20 星期二14（三）生物可吸收材料血管移植物的应用： 不余留可能残余细菌孳生的材料、降低感染 不余留长期异物炎症反应的材料； 减少内膜过度增厚、减少血管阻塞建立完整、有效、有力的组织结构： 1、可吸收材料中混合使用非可吸收材料 2、使用两种或两种以上的不同组织降解率的可吸收材料 3、应用生长和趋化因子，加强组织向内生长，加强加快 细胞整合到移植体上202

9、1/7/20 星期二15五、血管组织工程：（一）体外血管组织工程：周期长 胶原支架内皮细胞平滑肌细胞成纤维细胞 （二）体内血管组织工程： 1、无细胞管状基质+bFGF 2、小肠黏膜下层（SIS）血管替代品 3、小肠胶原层（ICL）血管替代品2021/7/20 星期二16第八节 神经组织工程2021/7/20 星期二17一、周围神经解剖结构特点1、神经纤维 神经纤维是由神经元的轴突和包绕轴突的鞘膜所组成。鞘膜主要由雪旺细胞组成。轴突是神经元上最长的突起。轴突内含有神经微丝、神经微管、线粒体、粗面和滑面内质网。2、神经纤维的分类3、结缔组织膜 神经内膜、神经束膜、神经外膜2021/7/20 星期二

10、182021/7/20 星期二192021/7/20 星期二20 二、周围神经损伤的再生机制神经受损后再生的条件：神经的细胞体必须得到保护，防止不可逆损伤的发生，并维持可生长的状态；再生的神经元突起能受到刺激而延伸，并通过引导作用穿越损伤部位；轴突前端的生长锥能够寻找和识别到相应的靶器官，建立起新的有功能的突触。2021/7/20 星期二21（一）周围神经损伤后的病理生理改变：远侧断端：Wallerian变性。轴突降解，髓鞘溃变、裂解，巨噬细胞吞噬溃变髓鞘，雪旺细胞分裂、增殖近侧断端：轴浆运输继续进行，近端肿胀和回缩，轴膜封闭断端，更多细胞器聚集形成回缩球神经元：（轴突反应：神经元胞体肿胀，尼

11、氏体融解或消失，神经元死亡。 ） 反应程度与受损轴突的部位与胞体之间的距离和损伤程度相关。2021/7/20 星期二22（二）神经纤维的再生：1、终末再生 损伤近断端轴突回缩，逐渐肿胀。几天后开始活跃增长出现生长椎。生长椎发出细小轴丝，在各个方向向外生长。 损伤远断端wallerian变性，轴突降解，髓鞘崩溃，雪旺细胞增殖（正常417倍），形成Bungner带。 Bungner带：雪旺细胞沿基底膜纵向排列，相互结合有序的、柱状排列结构2021/7/20 星期二232、侧支再生： 邻近未损伤轴突受雪旺细胞分泌因子及相应微环境诱导，生长出新的轴突侧支新芽 伸入Bungner带生长延伸到达效应器官2

12、021/7/20 星期二24（三）神经元的保护与神经再生： 神经营养因子（NGF、bFGF） ECM成分（层粘连蛋白LN）、雪旺细胞 NGF：促神经细胞存活率增高 促神经细胞伸出的突起延伸 体外培养的神经元，诱导突起向NGF浓度高的 地方生长，决定神经纤维生长方向趋化性2021/7/20 星期二25三、雪旺细胞在神经再生中的作用1、雪旺细胞对神经元的保护作用： 分泌神经营养物质和ECM2、神经损伤后雪旺细胞的变化： 溃变轴突、髓鞘刺激雪旺细胞分裂、增殖形成Bungner带 再生轴突刺激雪旺细胞分裂、增殖2021/7/20 星期二263、雪旺细胞的营养作用： 分泌NGF、FGF等多种神经营养因子

13、 4、雪旺细胞分泌的细胞外基质: LN、FN、I和IV型胶原、硫酸肝素蛋白5、雪旺细胞分泌的细胞粘附分子,调节和诱导轴突生长 细胞间粘附分子、血管细胞粘附分子、 髓鞘相关糖蛋白、周围髓鞘蛋白2021/7/20 星期二27四、神经损伤的修复： （一）直接缝合：外膜缝合、束膜缝合 不能直接缝合：神经回缩、神经缺损、 直接缝合后存在张力 （二）自体神经移植： 皮神经：有足够的长度和外径 解剖部位恒定且表浅易于寻找 切取后供区感觉障碍较少 缺损多少、受区组织条件影响移植效果 2021/7/20 星期二28（三）同种异体神经移植：缺损过长或粗大神经缺损 液氮低温冷冻 降低抗原性（四）自身非神经材料：动脉

14、、静脉、筋膜、骨骼肌（五）人工合成材料：硅胶管、PGA、胶原、PLA 2021/7/20 星期二29周围神经理想的修复材料应具备以下条件：能通过正常的生理途径被完全降解吸收，以免在 神经生成后对其形成压迫和影响物质交换。吸收速度和神经纤维再生速度相一致，能为轴突 再生提供一个支持而通过缺损部位。能诱导和促进轴突生长。无毒性、无抗原性和无致肿瘤性。良好的物理性能，在神经生长时提供支持，避免 压迫神经。具有良好的渗透性，利于物质交换。易于加工制作成适合不同神经缺损要求的形状和 长度的材料。2021/7/20 星期二30五、组织工程方法修复神经损伤（一）导管和支架的研究： 1、操作简单； 2、无张力

15、或张力小 3、防止瘢痕生成； 4、对轴突生长起导向作用 5、使内源性神经活性物质聚集， 同时排除外源性抑制分子 聚乙烯、丙烯酸共聚物、胶原、硅胶管 层粘连蛋白和黏多糖2021/7/20 星期二31（二）细胞外基质的应用： ECM类似物： 细胞细胞间的连接；细胞分化的导向作用 分子量小的、可溶性的、生物活性成分2021/7/20 星期二32（三）种子细胞与移植 雪旺细胞培养： 1）植块反复接种法： 种植块必须紧贴到培养器上，不能悬浮 可获得大量纯净的雪旺细胞而不用细胞毒性药物 周期长 2）酶消化法： 0.25%胰蛋白酶0.03%胶原酶分次消化2021/7/20 星期二33培养：20小牛血清DME

16、M24h加入阿糖胞苷 24h换为正常培养液24h加入阿糖胞苷 24h改为正常培养液操作简单，周期短；应用细胞毒性药物，雪旺细胞纯度稍低3、差速贴壁法：预涂多聚赖氨酸，3060分钟 2021/7/20 星期二34PLA中空纤维管复合ECM、雪旺细胞桥接大鼠坐骨神经缺损，术后3个月，神经通过桥接体2021/7/20 星期二35PLA复合ECM、雪旺细胞，术后6周再生神经生长椎PLA复合ECM、雪旺细胞，术后3个月桥接体内神经纤维生长良好2021/7/20 星期二36雪旺细胞经标记后植入PLA，桥接鼠坐骨神经缺损，术后6周，大量雪旺细胞存活2021/7/20 星期二37六、周围神经组织工程展望1、雪旺细胞： 培养永生化SC 基因工程技术修