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word文档可编辑 组织工程角膜研究进程综述 角膜的结构功能及其重建 正常角膜是组成眼球外壁的透明纤维膜, 具有防御和屈光等多种主要功能。角膜组织有上皮层、前弹力层、基质层、后弹力层及内皮层5 层结构,其中前、后弹力层为无细胞成分的均质结构。角膜是构成眼球的第一道屏障, 完成90%以上的屈光功能, 对视觉形成极其重要。1 1.上皮重建 角膜上皮层由基底细胞、翼状细胞、表层细胞三种形态的5~ 6 层复层上皮组成。角膜上皮的完整性和无血管化对其稳定泪膜、机械屏障等生理功能及维持角膜的透明性至关重要。 角膜缘干细胞位于角膜缘上皮基底层, 具有分化度低、生命周期长、高度增生潜能、自我更新的能力, 是角膜上皮细胞增殖和分化的源泉、组织工程化角膜上皮重建的最佳细胞来源。 2.基质重建 角膜基质层由胶原纤维成层平行排列构成, 是构成角膜的主要部分, 对维持角膜的透明性至关重要。 3.内皮重建 角膜内皮细胞层由单层、扁平的六角形上皮样细胞组成, 内皮泵对维持角膜的半脱水状态、正常厚度及透明性起关键作用, 并具有角膜- 防水屏障功能。内皮细胞不能再生, 损伤后由邻近的内皮细胞增大、扩展和移行补充。足够的内皮细胞数量是保障内皮细胞功能的主要因素。 4.三维角膜重建2 根据人体角膜的结构特点, 组织工程角膜的核心是建立由角膜细胞和生物材料构成的三维空间复合体, 其方法是将体外培养扩增的正常角膜组织细胞植附于一种生物相容性好、并可被机体吸收降解的生物材料上形成复合物, 将角膜细胞Ⅱ生物材料复合物植入受体眼内, 角膜细胞在生物材料逐渐被机体吸收降解的过程中, 形成新的具有角膜形态和功能的组织工程角膜, 对病损的角膜达到永久性的修复和重建。 二、种子细胞 理想的种子细胞来源应容易分离培养,有较强的增殖能力且能长期保持其特有的生物活性和特性。目前主要有3 个来源:角膜缘干细胞、永生化角膜细胞和胚胎干细胞。3 角膜缘干细胞 角膜上皮细胞增殖主要发生在角膜缘部,以角膜缘干细胞为源泉逐渐向中心移行,位于角膜缘上皮基底层的干细胞是角膜上皮细胞更新及组织重建的源泉。4 2.“永生化”角膜细胞 细胞体外培养扩增目前面临的重大难题是细胞的迅速老化，利用基因工程技术获得“永生化”细胞作为组织工程化角膜的种子细胞可解决细胞体外培养迅速老化的难题。 3.胚胎干细胞 胚胎干细胞具有万能分化潜能,可诱导分化成各器官表型的细胞。目前,应用胚胎干细胞还存在着许多伦理学方面的问题,以及细胞大量扩增可能致瘤的安全性问题,所以学者们将研究聚焦在成体干细胞上。许多组织都找到了成体干细胞,如骨髓、皮肤、角膜上皮、骨骼肌、脂肪、中枢神经、内耳、胰腺、视网膜等。因此如果从自体分离出成体干细胞,在体外特殊的条件培养后,再移植到体内特定的微环境中,理论上干细胞就可以横向分化为所需要的细胞和组织。5 三、生长因子 生长因子对角膜细胞的培养、生长繁殖, 以及与细胞外和细胞间基质的结合有明显的促进作用, 不同角膜细胞生长因子之间的协同效应和用量对其生长繁殖可进行调控, 其中碱性成纤维细胞生长因子(bFGF )、角膜细胞生长因子(KGF )、转化生长因子(TGF2B1) 和表皮生长因子(EGF) 对角膜细胞的生长繁殖、细胞间的正常融合及与基质的结合均有促进作用。 bFGF 可促进角膜细胞增殖, TGF2B1 可刺激角膜细胞产生多型胶原, EGF 可使角膜细胞增殖和迁移, 促进蛋白合成。生长因子对加速细胞的生长繁殖和角膜的重建起着关键的作用。6-8 四、支架材料 理想的角膜支架材料应具备下列特点: ①良好的生物相容性。自身及其降解产物对机体无毒性, 不引起排斥反应和炎性反应, 不致畸变; ② 材料携带具有生物诱导性的多种角膜细胞生长因子, 可诱导自体多种角膜细胞沿材料支架生长繁殖; ③支架材料的降解速率与植入角膜细胞形成组织器官的速率相匹配, 在支架完成为角膜组织提供模板功能后, 可被完全降解吸收、或成为与新生组织相互融和的组成部分; ④可按角膜组织的特点和缺损情况进行塑形, 形成一定的曲率,达到完善的形态修复; ⑤具有一定的坚韧性和与人体角膜相似的各种物理和化学性能, 可加工成型, 能形成三维立体结构, 为细胞在支架中生长和物质代谢提供足够的空间。9 目前的支架材料主要有生物、人工合成、复合材料3种, 另外还有免支架的培养方法。生物材料组织相容性好, 但是可塑性不佳; 人工合成材料的机械性能好, 但会有细胞毒性; 复合材料集合了生物材料和人工合成材料的优点, 但其产生的新特性需进一步研究。此外, 免支架培养方法克服了组织工程角膜受可降解支架的限制,有良好的临床应用前景, 目前正在研究中。10 1?生物材料 1. 1羊膜 羊膜是胎盘的最内层, 半透明、有韧性、无血管及淋巴管。羊膜支架的优点:(1)羊膜的低免疫