[发明专利]基于微冰胶构建注射型三维细胞微环境的系统和方法

说明书

技术领域

本发明提供一种基于微冰胶构建注射型三维细胞微环境的系统和方法。

背景技术

以细胞治疗为代表的再生医学逐渐成为临床医学发展的重要方向，为应对药物治疗难于见效的复杂重大疾病带来了新的希望。细胞治疗是利用患者自体(或异体)的成体细胞或干细胞对组织，器官进行修复的治疗方法。目前利用细胞治疗心血管疾病、糖尿病、帕金森病、角膜病变、软骨组织损伤以及肿瘤等顽症的研究已有大量报道，并且在临床应用中取得了初步效果。特别是基于干细胞治疗的研究与应用取得了多项突破性进展。干细胞是一类具有自我复制能力的多潜能细胞，经过适当条件的诱导，可以分化成多种功能的细胞，例如神经细胞，心肌细胞，血管内皮细胞，肾细胞和肝细胞等。利用干细胞具有向各种细胞分化转变的多潜能特性，治疗临床上组织变性、损伤、坏死性疾病，从而达到组织再生，再造，代替等目的，实现了以干细胞治疗技术为基础的再生医学理念。

目前，用于细胞治疗的临床技术不断涌现，主要包括以下几种不同的方法：

1、直接将异体或自体分离出的具有生物功能学特性的成体细胞或干细胞直接注射于受损组织处，是较常规有效的临床细胞治疗手段。此方法操作简便，但注射后较低的细胞存活率以及细胞进入体内的不可控性，严重制约着基于直接注射干细胞治疗在临床上的应用。研究表明，采用直接注射法进行干细胞治疗，注射后细胞在体内的存活率只有50%-60%，长期观察发现，仅少于3%的移植干细胞在受损部位起到组织修复作用，其余大部分移植细胞出现死亡和游离遗失现象。直接注射造成移植干细胞进入体内后大量死亡和遗失的原因有四种：（1）干细胞在注射移植过程中，由于注射器内机械剪切力的影响，部分细胞出现破裂，细胞进入凋亡期，降低了细胞的存活能力。（2）体外游离的干细胞进入体内受损组织区域内，这一过程中细胞所处的微环境发生改变，而病灶区域的微环境不利于细胞存活与生长，干细胞不能适应所处病灶微环境，从而降低了细胞的存活率。（3）直接注射干细胞于机体内，由于治疗部位与注射点的不同，部分注射部位由于机械运动或组织部位内外压强差等原因（如椎前盘突出疾病模型，软骨组织损伤模型，心肺修复移植等模型），造成注射进靶点组织的细胞会随着注射器的拔出而从针孔处溢出，造成大量的细胞遗失（4）游离干细胞移植进体内后，细胞会随着体液向组织四周不定向游离，无法主动聚集，进而造成大量移植细胞流失，无法进行细胞的定点治疗。

2、面对直接移植细胞所产生的众多问题，基于生物材料辅助细胞移植系统的构建，为再生医学领域的组织器官修复技术带来了新突破。这种生物材料辅助细胞移植的技术，一方面可运用组织工程技术，结合种子细胞、生长因子和生物材料的特性，在体外进行组织器官培养，将成熟的体外培养器官替换受损组织，从而维持、恢复甚至促进受损组织的功能。（DJ Mooney et al.PNAS 2008）设计了一种干细胞移植支架，在支架内部修饰了血管内皮生长因子（VEGF）并将内皮祖细胞（EPC）粘附在支架内部。经过一段时间的体外培养，将结合有生长因子以及功能性干细胞的支架材料移植到缺血性组织内部，从而进行血管的修复与再生，效果十分显著。然而，大体积异体物质移植的免疫排斥性，手术过程的创伤性以及术后伤口的愈合等问题，制约着这项技术向临床应用前进的步伐。