胰腺组织工程载体—胰腺体尾部去细胞化支架的制备及其初步应用

来源 :温州医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:weifeng151
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本文对胰腺组织工程载体—胰腺体尾部去细胞化支架的制备及其应用进行了研究。本研究分为两个部分:  第一部分:大鼠选择性胰腺去细胞化支架的制备和评价。  目的:通过去细胞技术,经全新的动脉灌注途径,创新性选择胰腺体尾部作为灌注主体,以制备大鼠胰腺体尾部去细胞化生支架,并全面评价所获得支架的去细胞化程度、细胞外基质构成、脉管结构特性、生物活性和组织相容性等。  方法:①结合大鼠胰腺解剖,经动脉途径插管,选择相对独立的大鼠胰腺体尾部作为灌注主体,并优化灌注流程,以制作大鼠胰腺体尾部去细胞化支架。②通过大体肉眼观察、HE染色及免疫组化评价胰腺支架的去细胞化效能,通过胶原蛋白含量分析和氨基聚糖含量检测评价去细胞化后支架的基质构成成分,通过DNA定量分析检测胰腺去细胞化的支架的有核细胞残留情况,通过美兰灌注染色及活体动脉对接观察支架的宏观脉管结构及循环密闭性,及通过透射及扫描电镜观察去细胞化支架的微观三维脉管结构,并通过胰腺去细胞化支架的皮下包埋移植分析以评价其免疫原性,并通过检测支架内部细胞因子的含量分析其生物活性以及通过MTT法对去细胞化支架进行毒性分析。  结果: ①成功经胃左动脉插管,顺利游离胰腺体尾部分叶,经优化后的灌注流程,稳定且可规模化获得大鼠胰腺体尾部去细胞化生物支架。②大体观察可见灌注中,胰腺外观膨隆,内部脉管闭合性良好,胰腺组织逐渐由实体转变为透明; HE染色及免疫组化均可观察到去细胞化后的支架内无残留的腺泡或胰岛细胞结构;多种胶原蛋白表达情况表明了支架保留了完整的基质成分,结合扫描及透射电镜分析显示了去细胞化支架内清晰的脉管网络结构。DNA定量分析显示去细胞化后支架的DNA含量为(42.3±10.6)ng/mg,符合去细胞化后 DNA残留量的最低标准;而美兰染色结果和动脉对接后的血液支架内灌注显示了去细胞化支架良好的循环密闭性;结合免疫原性分析和MTT分析,获得的胰腺去细胞化支架无明显排斥反应及细胞毒性,具有良好的生物相容性;细胞因子检测也表明支架内部仍保留部分生物活性。  结论:经胃左动脉插管,创新性的选择胰腺体尾部作为灌注主体,能够制备良好的大鼠胰腺去细胞支架,且经全面评价,保留了完整的基质成分和脉管结构,并且具备良好的免疫原性和生物相容性,此外,与所有现有的支架相比,选择性的胰腺体尾部灌注使得获得的去细胞化支架能够形成具备共同入路和出路的循环闭合体,使其更有助于回填细胞的粘附和种植培养以及后续的体内移植应用和研究。  第二部分:大鼠胰腺去细胞化支架体外再细胞化培养和体内移植研究。  目的:研究前述大鼠胰腺去细胞化支架的体内外应用价值,探讨胰岛β细胞(INS-1 E)在去细胞化三维支架内的回填再细胞化情况,并评价去细胞化支架对INS-1 E生长、扩增和分泌功能的影响。并进一步研究再细胞化胰腺支架在体内以不同方式移植后INS-1 E的功能状态和对糖尿病大鼠的治疗作用。  方法:⑴大鼠INS-1 E胰岛细胞株扩增达到15*106后通过动脉入路注射回填到去细胞化支架内,待细胞贴壁后,持续循环灌注完全培养基培养3天,同时与支架切片和胰岛细胞共培养的方式进行比较研究。我们采用高、低糖刺激实验来评价细胞定植后的支架内胰岛细胞的胰岛素分泌功能,通过HE染色分析和免疫荧光检测评估回填后的支架内细胞再细胞化情况。⑵大鼠内皮细胞以相同方法回填种植到去细胞化支架内,行HE及免疫荧光染色分析。⑶通过腹腔注射链脲左菌素(STZ)法制作大鼠Ⅰ型糖尿病模型。⑷成年雄性糖尿病SD大鼠共54只,随机分为9组:A组--空白支架整体移植组;B1组--空白支架切片大网膜移植组;B2组--空白支架切片肾周脂肪囊移植组;C组—再细胞化支架整体移植组;D1组--支架切片后与细胞共培养大网膜移植组;D2组--支架切片后与细胞共培养肾周脂肪囊移植组;E组--胰岛细胞经门静脉注射移植组;F组--实验对照组;G组--正常对照组。⑸所有行移植手术的大鼠术前颈内静脉置管经皮下包埋固定于背部用于移植前后受体肝素化及术后补液和静滴抗生素预防感染。A组、C组整体移植首先需要切除受体大鼠一侧肾脏,保留该侧肾动、静脉,预留出该侧肾周脂肪囊空间,将移植物--胰腺体尾部支架的动脉入路与肾动脉对接,静脉出入与肾静脉对接,并将移植物置入肾周脂肪囊内完成移植。而B组、D组支架切片移植需将支架切成长约1.5cm,宽约1cm,高约1c m组织块,与大网膜或者肾周脂肪囊做包埋完成移植。E组经门静脉注射移植则将相同数量级的胰岛细胞一次性注射至门静脉完成移植。F组其中3只糖尿病大鼠行左肾切除,3只仅行剖腹探查作为实验对照。G组即未经任何干预的糖尿病大鼠作为正常对照组。⑹通过检测受体小鼠术后多个特定时间点的血糖动态变化,及组织学HE染色、免疫荧光染色等进行移植后移植物的功能状态评价和降糖效果分析。  结果:①支架切片共培养结果显示,内皮细胞和胰岛细胞能够顺利贴壁, HE染色见支架内散在细胞定植。而整体支架注射种植后循环灌注培养可见胰腺支架颜色由透明逐渐变为黄白色,培养3天后HE染色见支架脉管结构内可见较多种植细胞粘附排列,并可见部分细胞进入支架内部原实质空间,并定植聚集。高、低浓度糖刺激试验显示,两种培养方式下的胰岛细胞均具有较好的胰岛素分泌功能。②各组大鼠移植过程均顺利完成,循环对接移植手术时间最长,平均90分钟,而部分支架移植平均手术时间50分钟,门静脉注射移植平均手术时间30分钟。整体支架循环对接移植组中, A组出现一只大鼠术后4小时死亡,考虑并发严重脑部、肺部栓塞死亡。C组另有一只大鼠术后并发严重持续低血糖(术后血糖值1.9-2.1mmol/L)于术后8小时死亡。各组其余大鼠均存活4周以上,未发现有严重的排斥反应和明显的腹腔感染。③再细胞现化支架整体移植组(C组)大鼠术后4小时内血糖逐渐开始下降(11.5±3.2mmol/L),术后8小时血清血糖水平降至6.8±3.6 mmol/L(P<0.05),术后1周开始血糖出现高低波动,并且逐渐上升,至术后4周血糖达到13.7±4.2mmol/L。支架切片后与细胞共培养组(D1、D2组)大鼠术后8小时血糖开始下降(分别为11.8±1.5 mmol/L,9.5±3.3 mmol/L),24小时分别降至4.2±1.7 mmol/L、5.3±2.1 mmol/L(P<0.05),维持1周后血糖开始回升。通过进一步移植物的组织病理学和免疫荧光分析,结合血糖监测结果证实,与对照组比较,移植组织能够在受体内存活,并建立胰岛素分泌途径,发挥控制血糖的治疗作用。但支架循环对接移植组并未显示出明显优于门静脉注射移植的降糖效果。  结论:结果证明,我们制备的新型胰腺体尾部去细胞化支架模型除了具备和其它国内外研究相一致的体外培养的研究应用价值,而且在基于该去细胞化支架的全新胰岛细胞移植实验中,尽管降糖效果维持时间较短,但仍然显示出其独特的适合体内循环对接移植的研究应用价值,其未来的前景值得期待。随着再生医学和组织工程技术的发展,未来我们将在该新型去细胞化支架基础上,结合干细胞技术,进一步探讨构建一种可循环对接移植的生物工程内分泌胰腺的可能性,为胰腺/胰岛移植提供全新的受体选择,以期其成为糖尿病治愈的新希望。
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