(二)血管化

再生医学的目标包括用生物相容的替代品代替受损害、损伤的或缺失的机体组织。细胞种植于体积超过3mm3的生物材料中无法生长是组织工程学发展的一个限制因素(Folkman and Hochberg,1973),超过这个扩散距离营养和气体的交换都会受到限制。如果细胞种植的体积超过3mm3,则只有表面的细胞能够存活,中间的细胞会因为缺少血管供应而坏死。因此,如何在体外培养条件转移至宿主体内过程中维持大量细胞存活成为再生医学的难点(Mooney and Mikos,1999),为了达到构建复杂组织甚至内部器官的目的,解决再生细胞的血管化问题极其关键。

新血管和毛细血管的形成由两个不同的过程组成:一是血管发生,即未分化内皮细胞(endothelial cells,ECs)原位组装成毛细血管;二是血管形成,即来自先存血管的毛细血管萌发。

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对血管生成过程的理解以及高效、特异地进行血管生成生长因子的分离促进了这些因子在治疗上的使用(Loges et al,2009;Phelps and Garcia,2009)。现正努力将缺血组织血管生成中获得的经验运用到血管化生物工程组织的实践(Stosich et al,2009)。生物工程组织通常由天然或人工来源的生物相容性基质作为支架(Hubbell et al,1991)。血管的成功形成依赖于支撑基质的孔隙率。已观察到聚L-乳酸[Poly(L-lactic acid),PLLA]植入物的孔径与血管化比率之间呈正相关(Mikos et al,1993)。(https://www.daowen.com)

有三种方法可用于生物工程组织的血管形成:①在生物工程组织中掺入血管生成因子(VEGF);②将ECs和其他类型的细胞一同种植在生物工程组织中;③在细胞种植前先将基质血管化。血管生成生长因子可以在植入前掺入生物工程组织中,以吸引宿主毛细血管并提高植入组织新生血管化。促血管生成生长因子可以被包埋到特定的生物材料中,可控性地缓慢释放(Eiselt et al,1998),细胞也可以被基因工程化从而分泌高水平的血管生成蛋白(Springer et al,1998)。

另一种增强血管生成的方法是培养ECs,这种ECs在植入前被整合到生物工程组织。来源于人阴茎海绵体的平滑肌细胞和ECs被种植到生物可降解多聚体支架上,在体内或体外可重建阴茎海绵体组织(Park et al,1999)。ECs的使用促进了工程化组织的形成。在另一项研究中,ECs和VEGF的加入加速了工程化肌组织的形成(De Coppi et al,2005)。生物工程组织血管化的另一个可供选择的方法是细胞接种前使支撑多聚合物预血管化,在这种方式中,生物工程组织将沿着血管网络构建,提供充分的血液灌注(Fontaine et al,1995)。

尽管由薄层细胞(如皮肤细胞)构成的生物工程组织取得了一些成功,但构建具有更复杂结构的较大器官是未来再生医学发展面临的主要挑战(如肾脏)。具有大块细胞团的组织需要具有动脉、静脉、毛细血管的血管网来运送营养到每个细胞,使生物工程组织血管化的有效手段对结构的成功构建至关重要。生产完整的较大组织工程化实体器官还面临着很多障碍,血管生成研究的最新进展可能提供重要的信息并且是必不可少的。