基于骨髓间充质干细胞和浸泡脱细胞技术的组织工程鼓膜研究

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研究背景与目的:鼓膜穿孔是耳科常见病,它是由创伤、气压性损伤或炎症导致的,可导致传导性听力下降、中耳反复感染、耳鸣及中耳胆脂瘤等一系列并发症[1,2]。目前为止,临床上以及仅在临床前期的修补穿孔鼓膜的材料主要分为自体材料和组织工程支架材料。自体材料的优点包括取材较易、无免疫排斥反应等,但同时伴随着自身组织作为修补材料时所产生的的麻醉风险、切口血肿,疼痛、感染以及瘢痕疙瘩等。组织工程支架材料用于鼓膜修补的主要分为以下两类:一类是脱细胞材料,包括供体人或猪腹膜提取的脱细胞胶原[3]、供体人或猪皮肤提取的脱细胞真皮基质[1]等材料,其优点是支架保留其天然三维空间结构、组织生长微环境和机械性能的外基质。另一类是聚合物,包括明胶海绵[4]、丝蛋白[5]、壳聚糖[6]等,该材料具有很好的生物相容性、易降解、易于合成、力学性能可控等优点。但上述材料未能给缺损鼓膜提供类似原始鼓膜的原始鼓膜的三维空间结构,从而影响起生物学性能。所以目前组织工程鼓膜修补技术的研究方向是致力于寻找一种类似鼓膜的三层复合支架结构、机械性能和自身功能的膜,本研究旨在制备一种以骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)联合脱细胞技术制备的组织工程鼓膜,即再细胞化鼓膜(recellularized TM,r-TM)贴片,为修补鼓膜缺损提供一种易于制作、拥有原始鼓膜生物力学、自身功能及结构的材料。材料与方法:本研究通过浸泡法脱细胞技术将豚鼠新鲜鼓膜脱细胞制备出脱细胞鼓膜(decellularized TM,d-TM)支架。从豚鼠股骨中分离培养间充质干细胞,将间充质干细胞种入d-TM支架中即可得到r-TM贴片,将r-TM贴片用于修补预先制作的慢性鼓膜穿孔动物模型,术后每间隔1天行耳内镜观察术区变化,大部分鼓膜在10天后完全愈合。结果:1.扫描电镜(SEM)、苏木素&伊红染色(H&E)等均证实d-TM支架,组织中的细胞成分基本去除,但鼓膜细胞外基质成分之间的连接仍存在,胶原束之间没有细胞的填充,结构疏松,DNA定量、免疫细胞化学荧光证实d-TM无残余核或细胞存在。2.免疫细胞化学荧光分析结果显示CD29,CD44共同表达阳性,且阳性率大于90%,此结果符合骨髓间充质干细胞的鉴定标准[7],细胞毒性实验中,BMSCs在支架提取物中和对照组无显著性差异生长。3.体内实验显示大部分贴片可修复使缺损鼓膜愈合,免疫细胞化学荧光分析结果显示再生鼓膜胶原Ⅰ及胶原Ⅲ表达阳性,此结果证明了新生鼓膜胶原纤维层仍有保留。鼓膜穿孔痊愈后的豚鼠、穿孔鼓膜的豚鼠以及正常鼓膜的豚鼠行听性脑干反应检查(auditory brainstem response,ABR)结果显示鼓膜穿孔治疗前后的听阈无显著差异。结论:1.通过浸泡脱细胞技术我们获得了保留组织完整解剖结构和胶原纤维的d-TM支架。2.d-TM支架具有优异的生物相容性,无细胞毒性。3.r-TM内再播种的间充质干细胞在鼓膜的ECM中连续性生长。4.体内实验证实了r-TM贴片可用于修补缺损鼓膜,且修复后的鼓膜与正常鼓膜听阈无显著差异,故基于BMSCs和浸泡脱细胞技术的组织工程鼓膜对鼓膜重建有很大的应用潜力。
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