基本信息
- 項目名稱：
- 植入式人工角膜基質(zhì)及其制備方法
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 角膜盲是我國最主要的致盲眼病之一。目前，我國角膜盲患者有400多萬人，且大部分為青壯年。這些患者患病后勞動能力受到嚴重影響，常給家庭和社會帶來沉重負擔(dān)。角膜移植術(shù)是這些患者唯一可靠、有效的治療手段。但由于社會文化差異及缺乏相應(yīng)器官移植法律的支持，與歐美國家充沛的角膜供體相比，我國的角膜供體嚴重匱乏。組織工程角膜替代物是解決這一難題的一個可行的方法。 作為角膜的最主要成分，角膜基質(zhì)組織占到了角膜厚度的90%。因此，優(yōu)化人工角膜基質(zhì)的構(gòu)建是利用組織工程技術(shù)構(gòu)建全角膜替代物的主要任務(wù)、難點和關(guān)鍵所在。本研究制備了一種由自體脂肪干細胞及可降解材料構(gòu)建的植入式人工角膜基質(zhì)，克服了傳統(tǒng)人工角膜基質(zhì)的來源有限、易排斥等缺點，為進一步的臨場應(yīng)用奠定了實驗基礎(chǔ)。
- 詳細介紹：
- 本作品屬于生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)研究領(lǐng)域。該項目的主要創(chuàng)新點在于進行了植入式人工角膜基質(zhì)構(gòu)建研究，總結(jié)出了切實可行的制備方法，為后期的臨床應(yīng)用提供了實驗基礎(chǔ)。具體創(chuàng)新點如下： (1)種子細胞：自體或異體角膜基質(zhì)細胞是傳統(tǒng)的種子細胞。但是利用自體細胞易對健側(cè)眼造成損傷，且不適用于雙眼患者；異體角膜細胞則存在排斥風(fēng)險。本作品使用的脂肪干細胞是存在于自體脂肪組織中的成體干細胞。由于脂肪組織在生物體內(nèi)分布廣泛，來源充足，取材時對機體創(chuàng)傷較小且不存在排斥風(fēng)險，患者易于接受，是理想的種子細胞來源。 (2)支架材料及復(fù)合方法：傳統(tǒng)的支架材料如動物膠原、明膠等存在易誘發(fā)排斥反應(yīng)、生物力學(xué)強度較差及體內(nèi)降解速度難以掌握等缺點。本研究使用的PLGA生物相容性較好，對機體的毒性反應(yīng)輕；它還具有一定的堅韌性，能耐受體內(nèi)回植時的機械力作用；降解時間可被調(diào)控。 (3)使用方法：本作品在實際應(yīng)用時只需制作借鑒臨床常用的板層角膜移植術(shù)進行操作，易于臨床醫(yī)生使用。術(shù)后常規(guī)抗炎處理，護理方便。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 1、作品設(shè)計及發(fā)明目的：制備一種由自體脂肪干細胞及可降解材料構(gòu)建的植入式人工角膜基質(zhì)，為進一步的臨床應(yīng)用奠定實驗基礎(chǔ)。 2、基本思路：在過去的研究中，我們明確了自體脂肪干細胞(ADSCs)與聚乙酸聚羥基乙酸共聚物(PLGA)復(fù)合物具有修復(fù)角膜基質(zhì)缺損的功能。由于需要制定統(tǒng)一而合理的制作規(guī)范方能使該人工角膜基質(zhì)應(yīng)用于臨床。因此，本研究我們進一步明確了它的最優(yōu)制備方法，并證明了其安全性及可行性。 3、創(chuàng)新點： (1)種子細胞：本作品使用的ADSCs取材于自體脂肪組織。由于脂肪組織在體內(nèi)分布廣泛，來源充足，取材時創(chuàng)傷小且不存在排斥風(fēng)險，是理想的種子細胞來源。 (2)支架材料及復(fù)合方法：本研究使用的PLGA生物相容性較好、毒性低；具有一定的堅韌性，能耐受體內(nèi)回植時的機械力作用；降解時間可被調(diào)控。 (3)使用方法：本作品在實際應(yīng)用時只需制作借鑒臨床常用的板層角膜移植術(shù)進行操作，易于臨床醫(yī)生使用。術(shù)后常規(guī)抗炎處理，護理方便。 4、技術(shù)關(guān)鍵及技術(shù)指標： (1)制備支架材料：聚乳酸與聚羥基乙酸質(zhì)量比為65~75比35~25的PLGA較優(yōu)。 (2)選擇最優(yōu)接種細胞代數(shù)及密度：細胞密度為3～5×106 /ml的第4代ADSCs最適于人工角膜基質(zhì)的構(gòu)建。 (3)植入式人工角膜基質(zhì)的制備：二者共培養(yǎng)1周后備用。 (4)植入式人工角膜基質(zhì)的使用：借鑒常規(guī)板層角膜移植技術(shù)即可進行操作。術(shù)畢常規(guī)抗炎處理。
科學(xué)性、先進性
- 人工角膜基質(zhì)構(gòu)建的核心是模擬機體正常角膜基質(zhì)組織，在體外建立細胞與生物支架復(fù)合體，并將其用于替代機體病變的角膜組織。與現(xiàn)有技術(shù)相比，我們具有以下先進性： (1)在種子細胞方面：自體或異體角膜基質(zhì)細胞是傳統(tǒng)的種子細胞。但是利用自體細胞易對健側(cè)眼造成損傷，且不適用于雙眼患者；異體角膜細胞則存在排斥風(fēng)險。本作品使用的脂肪干細胞是存在于自體脂肪組織中的成體干細胞。由于脂肪組織在生物體內(nèi)分布廣泛，來源充足，取材時對機體創(chuàng)傷較小且不存在排斥風(fēng)險，患者易于接受，是理想的種子細胞來源。 (2)在支架材料及方面：傳統(tǒng)的支架材料如動物膠原、明膠等存在易誘發(fā)排斥反應(yīng)、生物力學(xué)強度較差及體內(nèi)降解速度難以掌握等缺點。本研究使用的PLGA生物相容性較好，對機體的毒性反應(yīng)輕；它還具有一定的堅韌性，能耐受體內(nèi)回植時的機械力作用；降解時間可被調(diào)控。 (3)在使用方法方面：本作品在實際應(yīng)用時只需制作借鑒臨床常用的板層角膜移植術(shù)進行操作，易于臨床醫(yī)生使用。術(shù)后常規(guī)抗炎處理，護理方便。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 一、收錄論文（第一作者）： (1)IOVS, 2008,49: E-5736. (2)中國組織工程研究與臨床康復(fù),2007,11(45):9157-60. (3)中國組織工程研究與臨床康復(fù),2008,12(51):10077-80. 二、會議報告： (1)2008年 江蘇南京第八屆國際眼科學(xué)與視光科學(xué)會議大會發(fā)言;美國眼科學(xué)與視光學(xué)會(ARVO)年會展板展示。 (2)2009年 德國慕尼黑國際醫(yī)學(xué)物理與生物醫(yī)學(xué)工程聯(lián)盟大會干細胞專場及組織工程專場大會發(fā)言。 三、所獲獎勵： 美國ARVO協(xié)會Travel Grant資助；《中國組織工程研究與臨床康復(fù)》雜志優(yōu)秀論文一等獎。
作品所處階段
- 實驗室階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 未轉(zhuǎn)讓。
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品、圖紙、圖片、樣品。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 總體而言，國外組織工程的研究和開發(fā)已進入產(chǎn)業(yè)化的初級階段，是一個有活力的、上市前的巨大生物科技行業(yè)。目前，在全世界共有上百家組織工程公司，全職員工總數(shù)達到2611人，整個組織工程行業(yè)的凈值大約70億美元。 我國是一個人口大國。據(jù)統(tǒng)計，角膜病是我國最主要的致盲眼病之一，角膜盲給患者造成了巨大的痛苦，目前我國角膜盲患者接近400萬人。角膜移植術(shù)是目前角膜盲唯一可靠、有效的治療手段。而由于種種原因，我國角膜移植的器官來源十分有限。組織器官的供應(yīng)不足為組織工程產(chǎn)業(yè)化提供了巨大的市場空間，因此，角膜組織工程研究與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)具有重大的社會經(jīng)濟效益。 本研究以眼科領(lǐng)域發(fā)病率高，難度大的人工角膜基質(zhì)的構(gòu)建及其制備方法為主要研究對象，進行了基礎(chǔ)與初步的動物實驗研究。雖然這個植入式人工角膜基質(zhì)雖然僅構(gòu)建了角膜的一部分，但由于角膜基質(zhì)占角膜厚度90%以上，因此，它仍然具有重大的探索價值與臨床實際應(yīng)用意義。
同類課題研究水平概述
- 與國內(nèi)外同類研究及技術(shù)綜合比較，本研究在所采用的新技術(shù)具有先進性。 ①在種子細胞方面：自體或異體角膜基質(zhì)細胞仍是國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的組織工程角膜基質(zhì)的種子細胞近期，國內(nèi)外有研究提示骨髓基質(zhì)干細胞及皮膚成纖維細胞作為候選細胞具有一定的可行性，但缺乏系統(tǒng)的研究明確其應(yīng)用方法及技術(shù)參數(shù)。國外有報道利用人脂肪干細胞用于修復(fù)兔角膜基質(zhì)的報道，但由于是異種移植，臨床應(yīng)用受到限制。本項目率先在國際上開展利用自體脂肪干細胞構(gòu)建組織工程角膜基質(zhì)的實驗研究，在前期研究的基礎(chǔ)上明確了自體脂肪干細胞最合適的接種代數(shù)及接種密度，相關(guān)研究結(jié)果均為首次報道（見附件查新報告）。該細胞具有低排斥性、來源廣泛易獲得等優(yōu)點，具有良好的應(yīng)用前景。 ②在支架材料方面：作為目前組織工程角膜基質(zhì)主要的支架材料，動物膠原及明膠具有良好的可塑性及透光性在國內(nèi)外都得到廣泛應(yīng)用。遺憾的是，從動物中提取的膠原雖在組成上與人體膠原相似，但其整體結(jié)構(gòu)在提純后失去了強度，無法承受手術(shù)時所承受的應(yīng)力作用。作為支架材料，膠原一方面在體內(nèi)受膠原酶的作用極易降解，另外容易誘發(fā)角膜排斥反應(yīng)，并且膠原與角膜上皮細胞相容性不甚理想。國內(nèi)有學(xué)者利用PGA及殼聚糖大分子作為支架材料，但其降解產(chǎn)物在局部積聚會造成局部PH值下降，使細胞中毒乃至死亡，且缺乏系統(tǒng)研究明確臨床應(yīng)用方法。本研究率先在國際上使用PGA與PLA共聚物作為支架材料，它具有生物相容性好、可調(diào)控體內(nèi)降解時間及具有一定生物力學(xué)強度能滿足手術(shù)需求等優(yōu)點。本研究不僅探討了PLGA的制備方法，而且從動物實驗對術(shù)后組織愈合過程都進行了系統(tǒng)的觀察，明確了PLGA作為新型組織工程角膜基質(zhì)支架材料的可行性、安全性及有效性，因而具有更加光明的應(yīng)用前景。
