組織工程的納米注射細胞微載體技術

在組織工程中， 支架發揮著誘導細胞粘附的重要作用， 目的是提供更加接近生物結構的細胞生長的微環境， 促進細胞的粘附生長。 目前的組織工程中應用新技術研究熱門的有可植入的3D多孔支架， 水凝膠及可注射細胞微載體。 生物可降解聚合物微球具有可注射性、可控生物降解性和藥物結合和釋放的功能， 其已成為不規則形狀組織缺陷修復再生的細胞載體。 最新的納米技術可以實現在納米級別進行微球的物理和化學屬性的調控， 建立生物細胞外基質的仿生納米微球組成或結構。

這篇評論凸顯了納米微球作為細胞載體在可住射性、仿生性及細胞可塑性的最新進展。

可注射的3D多孔支架， 運用快速成型技術將生物材料按照三維設計仿生結構列印成為多孔支架。 優點是常用的生物材料包括PLA、PGA、PLGA、生物性陶瓷以及CaP， 具有生物相容性， 支架孔徑具備可調控性， 可根據接種細胞的特性進行相應的設計， 體外構建類比缺損的組織仿生結構， 進行細胞培養， 待時機成熟時將3D支架移植入體內。 缺陷是3D支架修復的必須是缺損形狀具有一定規則性大體結構， 不適合形態多變性的組織缺損的體外構建。

水凝膠模擬的是細胞外基質的性能， 構建類比自然狀態下的細胞生長微環境， 曾用於水凝膠細胞培養的基質包括膠原、明膠、殼聚糖、海藻酸鈉。

這些水凝膠材質的優點自身具有一定的生物相容性， 在細胞培養過程中可無害化降解， 不影響細胞的生長和性能， 水凝膠的性能可根據靶細胞的生物特性可以進行水凝膠分子的特殊配比及成分設計， 達到使靶細胞最優生長狀態。 此外， 水凝膠分子具備可以被設計攜帶各種生長因數、抗生素等的功能。 水凝膠在組織工程中使用被限制的主要原因是細胞生長的原位限制， 不利於細胞的遷移和細胞間的相互作用， 不易建立細胞間的聯繫。

細胞微載體的目標是在納米級別將微球設計為空心載體結構可攜帶細胞， 利於進行注射微創性修復。 線性PLLA分子經過乳化-相分離-自組裝形成的是實心微球，

而星狀PLLA分子經過乳化-相分離-自組裝形成的是空心微球， 通過改變PLLA分子的側鏈結構及數目， 可以將PLLA微球設計成為實心、空心、海綿狀多空隙微球， 以此作為細胞微載體的結構基礎。 與傳統載體相比多空隙率可以促進細胞的粘附， 提供更大的生長空間， 促進營養與代謝廢物的擴散及促進細胞外基質的沉積。 通過調控孔隙數量、孔隙大小及孔徑， 可以改變細胞的生長狀態 、遷移狀態。 在組織工程中難以解決的如何建立細胞間聯繫的問題在細胞微載體的發現中得以解決。 此項技術為新發現， 已有研究顯示在全層兔膝關節骨軟骨缺損修復模型中,納米細胞微載體組軟骨細胞修復存在缺陷軟骨厚度明顯優於攜帶軟骨細胞的水凝膠組及單軟骨細胞組。

目前這項新技術的發現對於組織工程的研究無疑提供了新的機遇， 未來十年將有更多納米級的設計及技術、新材料的研發將投入到組織工程的研究中。

文獻引自：SZhanpeng Z, Thomas W， Peter XM, et al. Nanostructured injectable cell microcarriers for tissue regeneration. Nanomedicine (Lond.) (2016) 11(12), 1611–1628

北京大學人民醫院 賈元元 譯

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