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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 新型膽管仿生支架的實(shí)驗(yàn)研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 膽管并發(fā)癥是腹腔外科手術(shù)中最常見(jiàn)、最棘手的問(wèn)題。肝段、肝葉切除，肝臟移植術(shù)后，胃癌術(shù)后膽管并發(fā)癥也不少，主要是膽漏和膽管狹窄。膽管修復(fù)治療研究已有了初步進(jìn)展，塑料內(nèi)涵管及金屬支架生物相容性較差，引起膽管再狹窄，需二次手術(shù)取出支架，異體移植引發(fā)排異反應(yīng)，該研究旨在構(gòu)建一種具有適宜力學(xué)性能，具備良好細(xì)胞和組織相容性，既可支持膽汁流通，又能支持干細(xì)胞生長(zhǎng)分化的生物可降解，雙層復(fù)合膽管支架。
- 詳細(xì)介紹：
- 腹部外科手術(shù)的技術(shù)在近年來(lái)取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展，為疾病的治療帶來(lái)了福音，但是常常不可避免的引起一些并發(fā)癥，其中膽管并發(fā)癥是最常見(jiàn)，也是最棘手的問(wèn)題，而膽道手術(shù)又一直是外科手術(shù)的難點(diǎn)，膽道類疾病常常需要切開(kāi)或切除部分膽管進(jìn)行膽腸吻合，這會(huì)造成膽管功能喪失，同時(shí)由于膽管再生能力低下，術(shù)后易引發(fā)膽漏，膽管再狹窄，反復(fù)膽道逆行感染等疾病，使問(wèn)題變得更加復(fù)雜。提高外科手術(shù)水平，進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)和膽管內(nèi)支架的植入是目前臨床的兩種主要處理方法。前者技術(shù)要求高，操作復(fù)雜，且效果不理想，因此國(guó)內(nèi)外學(xué)者都將目光聚焦到第二種方法上，也找到了一系列的膽管替代物。廣義的膽管替代物分為自體膽管替代物，膽管移植物和膽管的人工替代物三種。 自體膽管替代物包括闌尾間置膽管重建術(shù)，回盲部間置膽管重建術(shù)，自體靜脈移植等，這種利用自體組織進(jìn)行修復(fù)的方法雖然減少了機(jī)體的排斥反應(yīng)，但是會(huì)對(duì)機(jī)體其他部位造成損傷。 膽管移植物主要包括異體移植，異種移植以及膽管干細(xì)胞移植，其中異體移植，異種移植雖然提出了一個(gè)解決問(wèn)題的很好的思路，但是其引起的超急性排斥反應(yīng)，急性血管性排斥反應(yīng)和細(xì)胞介導(dǎo)的排斥反應(yīng)以及異種移植受者的病毒感染等諸多問(wèn)題不容忽視，如何誘導(dǎo)干細(xì)胞定向分化為膽管組織所需要的細(xì)胞，是膽管干細(xì)胞移植需要解決的首要問(wèn)題。 膽管的人工代替物層出不窮，主要有塑料內(nèi)涵管，金屬支架和可降解的生物材料制成的支架。以膨體聚四氟乙烯為材料的塑料內(nèi)涵管，最初是應(yīng)用于人工血管的，由于它生物相容性好，植入體內(nèi)不產(chǎn)生炎性吸收反應(yīng)，可作為長(zhǎng)久的結(jié)構(gòu)支架，其80%的體積為纖維間隙或無(wú)物空間，此網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)容許細(xì)胞游走及組織向內(nèi)長(zhǎng)入材料中，因此也被列入了人工膽管的制作材料的選擇范圍。金屬支架較塑料內(nèi)涵管的開(kāi)通率提高，開(kāi)通時(shí)間延長(zhǎng)，因此逐漸替代了塑料內(nèi)涵管的地位，但是它們均不可生物降解，需要二次創(chuàng)傷性手術(shù)將其取出體外，會(huì)使患者再次經(jīng)歷痛苦，促使我們不得不找到另一條路徑來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，于是可降解的生物材料成為首選，它成功的繼承了上述支架的優(yōu)點(diǎn)，巧妙的彌補(bǔ)了它們的不足。該研究旨在構(gòu)建一種具有適宜力學(xué)性能，可支持的膽汁流通，又具備良好細(xì)胞和組織相容性的人工膽管支架。該研究以聚己內(nèi)酯（PCL）為材料，采用明膠致孔劑法和涂膜法制備外管疏松多孔支持細(xì)胞生長(zhǎng)，內(nèi)管密閉不通透支持膽汁流通的管狀材料，構(gòu)建具有可控孔徑、孔隙率等微結(jié)構(gòu)、適宜力學(xué)性能以及支持骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞增殖和定向分化的人工膽管支架，為組織工程化膽管的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)膽管組織組成和結(jié)構(gòu)的仿生設(shè)計(jì)，我們制備出了可支持骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞粘附、生長(zhǎng)的人工膽管支架，為構(gòu)建基于患者自體干細(xì)胞的膽管組織-支架復(fù)合物及其臨床移植治療膽管損傷提供技術(shù)儲(chǔ)備。作品的創(chuàng)新點(diǎn)在于，我們所制造的人工膽管支架生物相容性良好、可降解、同時(shí)又具有生物仿生性質(zhì)，外管疏松多孔支持細(xì)胞生長(zhǎng)，內(nèi)管密閉不通透支持膽汁流通，與此前的膽管支架相比，對(duì)人體傷害很小。通過(guò)手術(shù)縫合，將支架植入膽管要修復(fù)的部位。仿生的支架也是當(dāng)今相關(guān)領(lǐng)域的主流發(fā)展方向，作品技術(shù)上的突出優(yōu)勢(shì)決定了作品良好的經(jīng)濟(jì)效益。作為該領(lǐng)域的前沿和主導(dǎo)技術(shù)，這種支架在未來(lái)的市場(chǎng)中必定要占主導(dǎo)。
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作品專業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 當(dāng)前膽管修復(fù)出現(xiàn)的主要問(wèn)題：所用支架生物相容性差，植入體內(nèi)產(chǎn)生不良反應(yīng)，造成膽管二次狹窄等病變；支架取出需進(jìn)行二次手術(shù)，既對(duì)病人造成傷害又增加了手術(shù)費(fèi)用。吸取已有膽管支架優(yōu)點(diǎn)，以生物相容性良好的聚己內(nèi)酯為材料，采用明膠致孔劑法和涂膜法制備新型的具有雙層結(jié)構(gòu)的可控孔徑、孔隙率等微結(jié)構(gòu)、功能仿生性、生物相容性良好、生物可降解、支持干細(xì)胞生長(zhǎng)的人工膽管仿生支架。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 與現(xiàn)有技術(shù)相比，該研究具有以下幾方面優(yōu)勢(shì)：結(jié)構(gòu)仿生，雙層復(fù)合支架內(nèi)管支持膽汁流通，外管支持細(xì)胞生長(zhǎng)；生物相容，減少不良反應(yīng)，不易導(dǎo)致膽管再狹窄；可生物降解，避免二次手術(shù)：支架在支持細(xì)胞生長(zhǎng)、分化的同時(shí)自身也在不斷降解，不會(huì)殘留體內(nèi)，使得組織得到根本上的修復(fù)。無(wú)需進(jìn)行二次手術(shù)將支架取出，極大減輕病人的痛苦；支持干細(xì)胞生長(zhǎng)，使組織再生，具有不損壞身體其他結(jié)構(gòu)又無(wú)排異反應(yīng)的特點(diǎn)。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 生物材料與再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域是國(guó)家“十二五”規(guī)劃中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容，組織再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展是關(guān)系民生、健康、醫(yī)療等諸多領(lǐng)域的重大課題。對(duì)于膽道手術(shù)，該研究提供了一種比當(dāng)前治療手段更加安全、組織修復(fù)效果更佳的方法，與同類支架相比優(yōu)勢(shì)顯著，且具有良好生物相容性、生物可降解性的支架也是當(dāng)今相關(guān)領(lǐng)域的主流發(fā)展方向，作品技術(shù)上的突出優(yōu)勢(shì)決定了作品良好的經(jīng)濟(jì)效益，作為該領(lǐng)域的前沿，這種支架在未來(lái)的市場(chǎng)中必定要占主導(dǎo)地位。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 在膽管修復(fù)方面，臨床治療手段主要有兩種：一是改進(jìn)外科手術(shù)技術(shù)，如外科手術(shù)顯微鏡下膽管吻合;二是膽管內(nèi)支架植入支撐。但手術(shù)技術(shù)復(fù)雜、耗時(shí)，雖可降低膽管并發(fā)癥，但不能降到理想的程度。目前膽管內(nèi)植入的支架組織相容性差，易堵塞，引起逆行膽管感染，須再次創(chuàng)傷性操作取出。組織工程是一個(gè)涉及到醫(yī)學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、材料學(xué)等多學(xué)科、多領(lǐng)域的交叉研究課題。在組織工程的研究中，支架材料的選擇和支架的構(gòu)建是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本研究公開(kāi)了一種制備可降解的，具有雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)的人工膽管支架的方法。以聚己內(nèi)酯（PCL）為原材料，采用明膠致孔劑法制備疏松多孔支持細(xì)胞生長(zhǎng)的外管，涂膜法制備致密不通透防止膽汁滲漏、同時(shí)具有一定強(qiáng)度，能夠支持膽汁流通的內(nèi)管。本研究以生物相容性良好的材料聚己內(nèi)酯制備支架，無(wú)細(xì)胞毒性，有利于細(xì)胞的粘附、生長(zhǎng)，支架植入體內(nèi)后組織相容性良好，不易引起機(jī)體的免疫排斥反應(yīng)。同時(shí)該材料生物可降解，使得支架在完成其支持細(xì)胞生長(zhǎng)，防止膽汁滲漏的任務(wù)后降解，避免進(jìn)行二次手術(shù)。本研究對(duì)制備出的支架進(jìn)行了電鏡掃描，力學(xué)性能測(cè)試，細(xì)胞相容性等性能表征等測(cè)試。支架外管孔隙率高達(dá)70%，微孔孔徑可控，適宜細(xì)胞生長(zhǎng)，材料來(lái)源廣泛，制備工藝重復(fù)性好，所構(gòu)建的支架可以廣泛地應(yīng)用于組織工程領(lǐng)域，具有較好的臨床應(yīng)用前景。
獲獎(jiǎng)情況
- 2011年5月在XX大學(xué)XX校區(qū)參加X(jué)X大學(xué)第十三屆SRTP大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃，答辯獲得優(yōu)秀。 2011年5月29日，于XX省XX市XXXX大學(xué)，獲得XX省第十二屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。
鑒定結(jié)果
- 目前已經(jīng)在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行植入試驗(yàn)，初步證明在豬膽道內(nèi)植入安全，可行。
參考文獻(xiàn)
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同類課題研究水平概述
- 膽管替代物的研究： 當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)膽管支架的研究，主要有以下方面：1、自體或異體移植作為膽管支架；2、以滌綸和膨體聚四氟乙烯為材料制備膽管替代物；3、金屬支架；4、覆膜支架；5、納米技術(shù)在膽管支架中的應(yīng)用。1-4都已經(jīng)有了較透徹的研究，同時(shí)也有臨床實(shí)驗(yàn)。而納米技術(shù)即是利用納米高分子材料制作膽管支架，它的制作方法、在體內(nèi)的降解速度、機(jī)械強(qiáng)度等還需進(jìn)一步研究。 異體移植即從動(dòng)物或尸體身上截取部分膽管組織植入患處，由于種屬差異性，個(gè)體差異性會(huì)引起患者的免疫系統(tǒng)發(fā)生排異反應(yīng)。 自體移植即從患者自身的正常組織如靜脈，闌尾處截取部分組織植入患處，盡管避免了排異反應(yīng)的發(fā)生，但是會(huì)對(duì)機(jī)體正常組織造成傷害，同時(shí)由于不同組織的微結(jié)構(gòu)并非完全相同，替代效果受到一定影響。 以滌綸和膨體聚四氟乙烯為材料制備的膽管替代物，微結(jié)構(gòu)不夠精密，力學(xué)性能與真實(shí)組織相差較大。生物相容性差，且生物不可降解，需要二次手術(shù)取出，在給患者帶來(lái)巨大痛苦的基礎(chǔ)上，也增加了手術(shù)費(fèi)用， 金屬支架以及覆膜支架，剛性太大，不易組織蠕動(dòng)運(yùn)送膽汁，生物相容性差，且生物不可降解，需要二次手術(shù)取出，易生銹、產(chǎn)生有毒性粒子等。 納米技術(shù)在膽管支架中的應(yīng)用著眼于對(duì)支架微結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，然而這種方法還不成熟，各種性能還處在研究試驗(yàn)階段。 組織工程的發(fā)展： 我們的作品是基于組織工程構(gòu)建的支架。組織工程起源于19世紀(jì)70年代，但發(fā)展迅速，尤其是在皮膚、肌腱、軟骨、骨、血管、心臟、角膜、神經(jīng)系統(tǒng)以及人工肝等的組織再生與修復(fù)領(lǐng)域取得了一定進(jìn)展，其中在骨和軟骨組織的再生與修復(fù)中應(yīng)用得最為廣泛，也實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。 人工膽管的組織工程構(gòu)建一直是業(yè)內(nèi)一個(gè)較難的課題，由于各種組織的微結(jié)構(gòu)相差較大，不同組織的構(gòu)建模式也相去甚遠(yuǎn)。目前還沒(méi)有構(gòu)建出較理想的組織工程人工膽管支架，我們的項(xiàng)目旨在填補(bǔ)此處空白。
