细胞膜片技术在组织工程中的应用与研究进展

中国组织工程研究第20卷第11期2016–03–11出版ChineseJournalofTissueEngineeringResearchMarch11,2016Vol.20,No.11P.O.Box10002,Shenyang110180·综述·周术奎，男，1985年生，四川省成都市人，汉族，上海交通大学医学院在读博士，医师，主要从事组织工程技术在泌尿系统中的应用研究。通讯作者：傅强，教授，博士生导师，主任医师，上海交通大学附属第六人民医院泌尿外科，上海市200233中图分类号:R318文献标识码:A文章编号:2095-4344(2016)11-01630-07稿件接受：2016-01-07细胞膜片技术在组织工程中的应用与研究进展周术奎，张楷乐，王营，傅强(上海交通大学附属第六人民医院泌尿外科，上海市200233)引用本文：周术奎，张楷乐，王营，傅强.细胞膜片技术在组织工程中的应用与研究进展[J].中国组织工程研究，2016，20(11):1630-1636.DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.11.017ORCID:0000-0002-6319-723X(周术奎)文章快速阅读：文题释义：细胞膜片技术：细胞膜片技术是通过物理的方法将扩增融合的细胞从培养皿底壁分离，获得膜片状细胞结构的一种技术。与传统胰酶消化收集细胞的方法相比，运用该技术收集到的细胞保留了体外培养过程中分泌的胞外基质、建立的细胞-基质连接以及细胞间连接等结构。组织工程基本原理：从机体获取少量的活体组织，用特殊的酶或其他方法将细胞(又称种子细胞)从组织中分离出来在体外进行培养扩增，然后将扩增的细胞与具有良好生物相容性、可降解性和可吸收的生物材料(支架)按一定的比例混合，使细胞黏附在生物材料(支架)上形成细胞-材料复合物；将该复合物植入机体的组织或器官病损部位，随着生物材料在体内逐渐被降解和吸收，植入的细胞在体内不断增殖并分泌细胞外基质，最终形成相应的组织或器官，从而达到修复创伤和重建功能的目的。摘要背景：细胞膜片技术无须支架材料和酶消化，通过刺激细胞外基质分泌形成致密膜片组织，能有效地修复组织缺损和改善器官功能。目的：回顾近年来国内外细胞膜片技术应用于组织工程领域的新技术和新进展，为相关基础和临床研究提供新的思路。方法：由第一作者检索CNKI全文数据库、万方数据库及PubMed数据库2010年1月至2015年7月的相关文献，检索关键词为“细胞膜片，组织工程；cellsheet，tissueengineering”。结果与结论：与传统细胞膜片技术相比，支架材料与细胞膜片技术相整合用于重建和修复坚韧组织器官，多层细胞膜片相互层叠形成三维组织修复软组织器官等新技术不断涌现。与单层细胞膜片相比，通过相同或不同的细胞片层叠而成的3D细胞膜片具有更强组织再生功能，而且在体外就能构建出理想的靶组织模型。利用支架材料复合细胞膜片技术来提高复合物机械强度和减少细胞流失，并用于牙齿、骨与软骨等机体坚韧组织修复取得较大进展。目前细胞膜片技术仍主要处于实验室研究阶段，临床应用研究不多，期待有更多的创新性手段融入到细胞膜片技术上来。关键词：组织构建；组织工程；细胞膜片技术；再生医学；血管化；国家自然科学基金主题词：膜片钳术；再生医学；新生血管化，生理性基金资助：2012国家自然科学基金面上项目(81270780)：负载VEGF的磁性量子点结合细胞膜片技术构建组织工程尿道的实验研究细胞膜片技术在组织工程中应用研究进展第一作者以“细胞膜片技术，再生医学，血管化”检索CNKI数据库、万方数据库、Pubmed数据库2010年1月至2015年7月的相关文献共检索到中英文文献363余篇纳入有关细胞膜片技术应用于组织工程领域的新进展的研究排除研究目的与本文无关及重复文献通过阅读摘要初步筛选，共选取29篇文献进行综述，其中中文2篇，英文27篇6篇文献探讨了细胞膜片促分离新材料与新技术的研究6篇文献探讨了细胞膜片技术与3D组织构建的研究6篇文献探讨了细胞膜片与坚韧组织构建6篇文献回顾了近年来细胞膜片技术与组织工程新领域应用周术奎，等.细胞膜片技术在组织工程中的应用与研究进展ISSN2095-4344CN21-1581/RCODEN:ZLKHAH1631’sHospital,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200233,ChinaCorrespondingauthor:FuQiang,Professor,Doctoralsupervisor,Chiefphysician,DepartmentofUrinarySurgery,AffiliatedSixthPeople’sHospital,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200233,China缩略语：聚N-异丙基丙烯酰胺：polyN-isopropylacrylamide，PIPAAm；聚乳酸-羟基乙酸共聚物：polylactic-co-glycolicacid，PLGAApplicationofcellsheettechnologyintissueengineeringZhouShu-kui,ZhangKai-le,WangYing,FuQiang(DepartmentofUrinarySurgery,AffiliatedSixthPeople’sHospital,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200233,China)AbstractBACKGROUND:Thecellsheettechnologythatisappliedwiththeabsenceofscaffoldsandenzymaticdigestioncaneffectivelyrepairtissuedefectsandimproveorganfunction,bystimulatingthesecretionofextracellularmatrixtoformadensemembranetissue.OBJECTIVE:Toreviewtherecentprogressincellsheettechnologyusedintissueengineering,therebyprovidinganewideaforrelevantbasicandclinicalresearch.METHODS:ThefirstauthorretrievedCNKIdatabase,WanfangdatabaseandPubMedwiththekeywordsof“cellsheet,tissueengineering”inChineseandEnglish,respectively.LiteratureretrievalperiodwasfromJanuary2010toJuly2015.RESULTSANDCONCLUSION:Cellsheettechnologycombinedwithscaffoldmaterialscanbeusedforreconstructionandrepairoftissuesandorgans.Withtheemergingofnewtechnologies,multi-layercellsheetsarestratifiedtoformathree-dimensionaltissueforrepairofsofttissuesandorgans.Comparedwiththemonolayercellsheet,thethree-dimensionalcellsheetthatislaminatedbysameordifferentcellsheetshasstrongerregenerativeabilityandcanbeusedtoconstructtheidealtargettissuemodelinvitro.Cellsheettechnologycombinedwithscaffoldscanimprovethemechanicalstrengthofthecompositeandreducecellloss,whichhasmadegreatprogressintherepairoftooth,boneandcartilagetissue.Currently,thecellsheettechnologyisatthelaboratorystage,andlittleisreportedonitsclinicalapplications.Welookforwardtomoreinnovativetechnologiesthatcanbeintegratedintothecellsheettechnology.Subjectheadings:Path-ClampTechniques;RegenerativeMedicine;Neovascularization,PhysiologicFunding:theNationalNaturalScienceFoundationofChinain2012,No.81270780Citethisarticle:ZhouSK,ZhangKL,WangY,FuQ.Applicationofcellsheettechnologyintissueengineering.ZhongguoZuzhiGongchengYanjiu.2016;20(11):1630-1636.0引言Introduction组织工程研究的主要内容是如何替代、修复、改善或再生人体各种组织器官，过去使用的主要技术手段为细胞支架材料复合和单细胞悬液自体或异体注射，前者将目的细胞种植于可降解或组织相容性支架材料上，后者利用酶消化法得到单细胞悬液，两种技术内容和手段均已较为成熟，但仍存在不少缺点。首先，单细胞悬液注射需经过酶消化，这常常影响细胞活性，注射后细胞无法达到均匀分布，且注射细胞量有限，为了满足细胞数目要求，需多次重复注射[1]；其次，支架材料常常因移植部位炎症、自身免疫或者机械损伤等因素引起较高比率的细胞死亡或损失[2]。1993年日本学者okano等率先报道细胞膜片技术，该技术无须支架材料和酶消化，通过刺激细胞外基质分泌形成致密膜片组织，能有效地修复组织缺损和改善器官功能，为克服上述缺点带来希望。目前细胞膜片技术已成为组织工程领域研究热点，已广泛应用到包括关节软骨、角膜、食管、心脏、牙周韧带等各种组织器官修复研究中，相关进展日新月异，与传统细胞膜片技术相比，支架材料与细胞膜片技术相整合用于重建和修复坚韧组织器官，多层细胞膜片相互层叠形成三维组织修复软组织器官等新技术不断涌现，进一步丰富和拓展了其应用范围。作者通过收集最近5年国内外相关文献，对细胞膜片技术在组织工程中的研究现状及最新进展作一综述。1资料和方法Dataandmethods1.1资料来源由第一作者检索PubMed数据库、CNKI全文数据库及万方数据库2010年1月至2015年7月的相关文献，中文关键词为“细胞膜片，组织工程”，英文关键词为“cellsheet，tissueengineering”，通过标题、摘要内容及正文内容筛选文献进行综述。周术奎，等.细胞膜片技术在组织工程中的应用与研究进展P.O.Box10002,Shenyang110180纳入与排除标准纳入标准：文献内容与细胞膜片技术在组织工程领域应用主题密切相关；具有原创性，论点依据可靠的文章；对同一领