人工血管及组织工程专家讲座

目录1.人工血管研究背景及意义2.人工血管发展历程3.人工血管要求及影响原因4.人工血管制备方法5.人工血管研究举例6.总结及展望人工血管及组织工程专家讲座第1页人工血管研究背景及意义1.心血管疾病是世界三大杀手之一；2.外伤，动脉硬化和心脑血管疾病等原因引发血管损伤，单纯药品无法痊愈；3.本身血管极难成为移植替换血管：血管大小，自带病症，数量限制；4.同种异体或异种血管排异反应强烈；……经过人工伎俩构建血管是当前主要处理方法人工血管及组织工程专家讲座第2页人工血管发展历史

195220世纪60年代197019781982维纶制成有通透性Voorhees非织物膨体聚四氟乙烯WilliamGore可吸收纤维组分复合壁血管Wesolow带有网孔人造血管Voorhees，Blakemore，Jaretzki内皮细胞种植HerringePTFE、PU

机织针织20世纪——人工血管及组织工程专家讲座第3页人工血管发展历程20世纪初，各国学者首先采取金属、玻璃、聚乙烯、硅橡胶等材料制成管状物；2.1952年Voorhees首先研究将维纶制成人造血管，改变以往人工血管管壁无通透性；3.1970年Mansifield等首次尝试了种植内皮细胞试验，为临床内皮细胞种植开创了先河。人工血管研究大致经历4个发展阶段：生物组织型、合成型、生物混合型和组织工程型人工血管。人工血管及组织工程专家讲座第4页临床应用人工血管涤纶与周围组织反应较强，血小板凝集范围大，抗血栓形成性较低，生物相容性差，炎性反应重，所以惯用作为大、中口径动脉移植。（需预凝）膨体聚四氟乙烯人工血管使用前无须预凝，比其它血管含有更大抗血栓性，与周围组织反应较轻，能承受压力，血管通畅，能耐受重复穿刺，使用时间长，但顺应性较差，通畅率较低。人工血管及组织工程专家讲座第5页临床应用人工血管聚氨酯因为含有优良顺应性、生物相容性以及一定抗凝血性，能够大大降低新内膜增生，合理孔径和孔隙率三维结构，能增强内皮细胞在支架上黏附、长入和铺展，加速内皮细胞化。人工血管及组织工程专家讲座第6页内壁修饰

1.无活性内膜（碳）；2.1995年,Nojiri等制成包含三层结构、管径为3mm人造血管,外层为涤纶(促使邻近组织相互结合),中层为无孔聚胺基甲酸乙酯(形成光滑面),内层为甲基丙烯酸羟乙酯(水凝胶)和苯乙烯(预防血栓形成)；3.用蛋白质涂在管腔内壁,惯用者为白蛋白、明胶和胶原蛋白等；4.将肝素或尿激酶等抗凝剂,溶入人造血管内壁,以阻止术后血栓形成；（磺酸化，等离子体表面改性等）人工血管及组织工程专家讲座第7页人工血管要求及影响原因理想人造血管，应具备以下特点：①具备有良好组织相容性和血液相容性；②与宿主健康血管相近似动力学性能；③能与所替换血管愈合成一体，有血管内膜长入；④不易形成血栓，长久保持通畅；⑤不易发生退行性改变，性能稳定；⑥耐受血管内压力，不易形成动脉瘤；⑦受压后不易变形或扭折成角；⑧不引发异物反应或排斥反应；⑨抗感染；⑩缝合轻易，不易撕裂；⑪

能选择不一样口径和长度。人工血管及组织工程专家讲座第8页血管组织工程传统治疗中主要应用合成材料比如涤纶等进行血管替换治疗，因为术后栓塞，感染，钙化等并发症发生率较高，所以临床治疗效果并不理想。合成材料植入体内后不含有生长能力，不能满足小儿患者生长发育要求，多数患者需要依据身体发育情况进行更换。小口径人造血管（内径≤6mm）研究因为其顺应性及通畅性等多方面问题还未处理。血管组织工程是指利用血管壁正常细胞和可降解生物材料进行制备、重建和再生血管替换材料学科。人工血管及组织工程专家讲座第9页组织工程血管组成组织工程血管主要由血管支架和种子细胞组成，而且具备以下条件：①含有或模拟体内血管壁结构。②含有高度生物相容性，血栓以及免疫排斥反应发生率极低。③含有生物学特征。④含有力学特征。人工血管及组织工程专家讲座第10页用于构建血管组织工程血管支架材料血管组织工程支架材料要求与血液相容性好生物活性材料，不但含有生物活性，同时还要含有抗凝血和抗容血作用。分类详细内容天然生物支架材料甲壳素、葡聚糖明胶、胶原蛋白、弹性蛋白、多聚氨基酸、多肽、透明质酸及其复合物等去细胞生物源性生物支架材料脱去细胞动脉，含有细胞抗原脂质体和可溶性黏多糖均被除去可降解高分子生物支架材料有聚乳酸及其共聚物、聚己内酯、聚羟基丁酸酯、膨体聚四氟乙烯和涤纶等。人工血管及组织工程专家讲座第11页用于构建血管组织工程种子细胞1.自体血管壁细胞自体血管壁细胞被认为是最正确种子细胞，能够防止内皮细胞强烈同种异体抗原性。因为受到起源匮乏，体外扩增老化率高、取材含有侵入性损伤取材部位，以及病患或老年人细胞质量低等限制，临床无法广泛应用。人工血管及组织工程专家讲座第12页用于构建血管组织工程种子细胞胚胎干细胞是一个多能干细胞，分布在囊胚内细胞团中，含有体外定向诱导分化功效。2.胚胎干细胞当前可获取胚胎干细胞数量较少，体外培养轻易分化失去活性，而且作为异体细胞，在移植中轻易发生免疫排斥反应。人工血管及组织工程专家讲座第13页用于构建血管组织工程种子细胞我是因为等不及胚胎干细胞死，你呢？我就是那个胚胎。违反伦理由体细胞诱导而成干细胞，含有和胚胎干细胞类似发育多潜能性。人工血管及组织工程专家讲座第14页用于构建血管组织工程种子细胞骨髓间充质干细胞年，Oswald等发觉骨髓间充质干细胞能够转化为血管内皮细胞，而且含有上皮细胞特异性表现，体外培养能够形成毛细血管样结构。随即，Pittenger等证实了骨髓间充质干细胞不但含有分化成血管平滑肌细胞，并参加平滑肌细胞重建。人工血管及组织工程专家讲座第15页构建组织工程化血管方法1.全生物化组织工程血管将天然血管经过特殊处理将实质细胞去除,保留相对完整细胞外骨架结构，是良好组织工程血管支架材料。2.非血管细胞组织工程化血管1993年Langer等将大鼠自体背筋膜缠绕于硅胶棒后植入大鼠大腿中部皮下培养4周后分离硅胶棒，制成纤维胶原管经抗凝血处理后接入股动脉，术后移植管通畅。3.可吸收材料支架组织工程血管人工血管及组织工程专家讲座第16页表面孔径大小FunctionalPolymerScaffoldsforBloodVesselTissueEngineeringScaffoldporesizeplaysacriticalroleintheinfiltrationofthecellsintothestructure.NazelyDiban,DimitriosF.Stamatialis*Macromol.Symp.

,309/310,93–98SMCpreferentiallyattachtoporesizesbetween38–150mm.Incontrast,microvascularECformaconnectedmulticellularliningonscaffoldswithpores<38mm.人工血管及组织工程专家讲座第17页表面成份和修饰ZuweiMa,MasayaKotakietal.Biomaterials,,26,2527–2536HeyunWANG,JintangGUOetal.Front.Chem.Sci.Eng.,5(3):392-400PU;crosslinkedgelatinscaffold;crosslinkedgelatin-heparinscaffold(heparin,1wt-%)人工血管及组织工程专家讲座第18页基体本身带电性质Inordertoobtaincellresistedtoashearstress,anewculturesurfacemodificationbasedonpolyelectrolyteadsorptionwasdeveloped[25].Thismethodshowedendothelialcelladhesiononpolyelectrolytemultilayertreatedglasses[26]andePTFE[27].Wehadseededhumanumbilicalveinendothelialcellsonthepolyelectrolytemultilayerluminalsurfacearteriesandobservedendothelialcellmorphologyclosetothoseobservedinnativearteries[23].内壁性质:普通认为,携负电荷内壁可抑制血小板附着,但对一样携负电荷EC却有排斥作用。PatrickMenu,Jean-FrançoisStoltzetal.Bio-MedicalMaterialsandEngineering,,22,17-20人工血管及组织工程专家讲座第19页细胞形态VascularMechanobiology:EndothelialCellResponsestoFluidShearStressJojiAndo,MD;KimikoYamamoto,MD.CirculationJournal,

,73,1983-1992Endothelialcells(ECs)liningbloodvesselwallsrespondtoshearstress,afluidmechanicalforcegeneratedbyflowingblood,andtheECresponsesplayanimportantroleinthehomeostasisofthecirculatorysystem.人工血管及组织工程专家讲座第20页表面微纳结构Micropatterningofthree-dimensionalelectrospunpolyurethanevasculargraftsmicropatterned,small-diameterpolyurethanegraftscapableofpromotingtheformationofalignedendothelialcellmonolayers.PimponUttayarat,PeterI.Lelkesetal.ActaBiomaterialia,,6,4229–4237人工血管及组织工程专家讲座第21页无支架人工血管HumanumbilicalveinSMCsandskinfibroblastswerecul-turedfor～30days,atwhichtimebothcelltypeshadformedcohesivecellularsheetscomposedofcellsandECM,whichcouldbemanuallypeeledfromthecultureflasks.JohnD.Kakisis,Athens.Greece.etal.JournalofVascularSurgery,,41,349-354.SumpioBE.Austin,TX:RGLandesPublishers,1993,p.1-134.人工血管及组织工程专家讲座第22页类模具法人工血管JohnD.Kakisis,Athens.Greece.etal.JournalofVascularSurgery,,41,349-354.N.L’Heureux,L.Germain,R.Labbe,F.A.Auger.JVascSurg,1993,17,499-509TheinnersurfaceofthegraftwasseededwithbovineECsandtheouterwithbovineadventitialfibroblasts.ADacronmeshwasembeddedintothewalltoenhancethemechanicalstreng