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氧化石墨烯预血管化组织工程室的构建及其肠壁缺损修复应用研究
Authors Shen C, Liu J, Lu Q, Wang G, Wang Z, Liu L
Received 8 December 2021
Accepted for publication 1 February 2022
Published 15 February 2022 Volume 2022:17 Pages 681—695
DOI https://doi.org/10.2147/IJN.S353029
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Editor who approved publication: Dr Mian Wang
目的:成功的小肠组织工程需要生物材料支架来支持细胞粘附与细胞外基质的产生,以及血管网来提供营养、氧气和清除代谢废物。血管化组织工程室作为体内生物反应器能够提供一个独立的血管化微环境,从而刺激组织再生。明胶(Gelatin, Gel)是胶原蛋白的衍生物,具有优异的生物降解性、非抗原性和成本效益等优点。氧化石墨烯(Graphen oxide, GO)是石墨烯的一种含氧衍生物。凭借自身优越的特性,它能够提高生物材料的力学性能。因此,本研究假设以上两种材料能够制备一种具有良好生物相容性及力学强度的生物支架,并用于构建小肠组织工程室。同时探讨预血管化组织工程室的构建以及肠壁缺损修复的有效应用,以便为开展更深入的小肠组织工程奠定基础。
方法:本研究首先通过经典纺丝技术制备含有不同浓度 GO(0.25、0.5、0.75%w/v)的明胶支架(GO-Gel),并对其进行理化性质和体外生物相容性鉴定,从而筛选出具有足够机械强度和良好生物相容性的最佳 GO 浓度支架,以用于后续实验。在此基础之上,将 GO-Gel 生物支架移植于肠系膜血管上,经过 4 周的血管化培养,获得预血管化的 GO-Gel 组织工程室(pre-vascularized GO-Gel, V-GO-Gel)。最后,将 V-GO-Gel 应用于大鼠肠壁缺损模型的修复。本研究利用扫描电镜、拉曼光谱、弹性模量检测等对支架的理化性质进行表征。通过细胞在支架上的粘附、增殖和生长检测支架的体外生物相容性,同时通过免疫组化评价支架的体内血管程度。以非血管化的单纯 Gel 和 GO-Gel 支架为对照,研究 V-GO-Gel 的肠壁缺损修复效果。
结果:通过上述方法,本研究成功制备了 0.25% GO-Gel 纳米支架。该纳米支架在 10% 形变范围内,弹性模量是单纯 Gel 支架的 1.5 倍,具有良好的机械强度。该支架培养细胞粘附好、形态佳、增殖快,并能够成功构建具有丰富血管网络的组织工程室。在大鼠肠壁缺损修复模型中,V-GO-Gel 组未出现死亡和并发症,且相较于单纯 Gel 组缺损修复更快,CD31 染色结果可见更多新生血管,CD206 染色结果提示更轻微的炎症反应。
结论:V-GO-Gel 组织工程室因其良好的力学强度、生物相容性以及丰富的血管网络,在大鼠肠壁缺损应用中展示出良好修复效果,为开展更深入的小肠组织工程奠定基础。
关键词:肠壁缺损,氧化石墨烯,明胶,预血管化,静电纺丝