气管外科研究进展思索

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临床上超过40种疾病可损伤呼吸道，影响人体呼吸功能。据BritishLungFoundation报告，呼吸系统疾病对人体的危害仅次于心血管系统疾病。气道可因外伤、感染、肿瘤等损伤［1］，需行气管切除和重建。然而，当环形切除或缺损超过6cm端－端吻合不能很好地修复气管，则需植入气管移植材料以达重建目的。气管移植的方法包括人工气管替代、自体组织再造气管、同种异体气管重建、组织工程再建气管。本文就组织工程在气管外科的基础研究进展作一综述。

1组织工程气管的结构构建进展

组织结构是气管功能的基础。近年来，组织工程气管的结构构建已从单纯的二维结构软骨板逐渐向三维立体结构方向发展。

1．1种子细胞的新选择构建气管的种子细胞一般以鼻软骨、肋软骨、耳廓软骨［2－7］等透明软骨为主，但上述软骨的取材困难，其他细胞来源特别是成体干细胞成为组织工程气管种子细胞的新选择。Naito等［8］在大鼠体内利用成纤维细胞构建管型组织，同时诱导间充质干细胞形成环状组织加强稳定性，具有良好的成骨和生物力学性能。Zhang等［9］以TGF-1诱导并扩增骨髓基质细胞，构建出圆柱状气管样软骨。Macchiarini等［10］利用人上皮细胞和间充质干细胞来源的软骨细胞构建组织工程气管替代治疗终末期支气管软化，效果明显。Liu等［11］利用TGF-β诱导骨髓间充质干细胞聚集体在体外生成软骨细胞，并使之形成管状组织工程软骨。Kim等［12］用自体皮肤上皮细胞作为种子细胞成功构建了家犬气管，提示皮肤上皮细胞可能的干细胞特性。

1．2生物支架和生物材料的发展现行组织工程学领域大部分研究均来源于体外二维组织培养，如何构建三维立体结构，是一个亟待解决的难题。在图式发生等发育学的概念机制尚未完全清楚之前，生物支架和生物材料提供了暂时的解决方案，主要包括生物可降解合成材料如聚羟基乙酸（PGA）、聚乳酸（PLA），天然材料如藻朊酸盐、胶原，去细胞组织构建的支架如小肠黏膜下层（SIS）、去细胞膀胱黏膜下层（ABS），以及上述材料的复合物。生物支架和生物材料需有一定要求强度，而且必须是多孔结构和存在细胞亲和力、生物兼容性，以种植、营养细胞、清除机体废物等［13］。这对生物支架和生物材料提出了更高要求。Remlinger等［14］将猪的气管取下，经去细胞处理后植入家犬体内，发现这种水合脱细胞气管支架在短期内能促进局部特异上皮细胞发生，并能表现很好的生物力学特性。Kobayashi等［15］用螺旋状聚丙烯支架为牙龈成纤维细胞和脂肪源性干细胞提供支持作用。Kim等［3］利用纤维素－透明质酸复合凝胶成功构建组织工程气管。Jungebluth等［16］将猪气管去细胞处理后构建出无免疫原性的气管支架。Huang等［17］发现包裹SIS的聚丙烯支架可促进缺陷气管处的上皮再生，并有效降低移植术后并发症的发生。

1．3生物反应器和组织工程气管构建的新方法生物反应器在组织工程器官的体外培养具有重要作用，近年来，结合生物反应器的新型设计，涌现出许多新颖的组织工程气管构建方法。Lin等［18］将软骨细胞植入聚（ε－己内酯）－Ⅱ型胶原支架并在旋转型生物反应器培养，发现该法促进细胞增殖，增加了葡萄糖胺聚糖和胶原的含量。Asnaghi等［19］成功构建了一种双室旋转生物反应器，旨在促进自体呼吸道上皮细胞和将被诱导分化成软骨细胞的间充质干细胞的生长、三维结构的成熟和生物力学性能的形成。Tani等［2］以新西兰白兔的耳软骨细胞为种子细胞，扩增后环形覆盖于硅胶管外，置于静态型和旋转型生物反应器中培养构建了无支架的圆柱状软骨。

2组织工程气管的功能构建进展

气管功能的维持，不仅需要软骨细胞构成的起支持作用的骨架，更需要气管黏膜上皮细胞以保证气管的湿润和清洁。气管黏膜上皮主要是假复层纤毛柱状上皮，包括纤毛细胞、Clara细胞、杯状细胞等。组织工程气管的一大任务，就是要重新构建上述功能细胞。Sato等［20］用聚（L－乳酸酸钴－ε－己内酯）覆盖在生物支架内层以保护胶原层，促进上皮的形成。Kobayashi等［15］将牙龈成纤维细胞和脂肪源性干细胞植入生物支架内，发现两者的协同作用能很好地形成含杯状细胞和纤毛细胞的假复层上皮。Kim等［12］发现皮肤上皮细胞能转化为气管上皮细胞和软骨细胞。Kim等［3］用纤维素－透明质酸复合凝胶构建组织工程气管，显示有功能的上皮再生，其纤毛细胞的纤毛摆动频率接近正常气道黏膜。Nakamura等［21］将生物支架浸泡于骨髓穿刺液和间充质干细胞，与浸泡于外周血中的生物支架相比，观察到更快的上皮再生和纤毛运动。Huang等［17］利用SIS作为支架，发现SIS能促进纤毛上皮的再生，并有效降低如皮下气肿等移植术后并发症的发生。Tada等［22］把一种胶原Vitrigel膜和胶原海绵相结合作为胶原支架，发现其能增强上皮细胞增殖和间充质干细胞的浸润，形成了纤毛柱状上皮。Suzuki等［23］的实验发现，含脂肪来源干细胞生物支架能加速组织工程气管的上皮形成和血管再生。

3组织工程气管构建中的营养问题

既往观点认为，软骨组织的营养仅靠组织液渗透即可，对血管无过多依赖。但Curcio等［24］发现，种植于支架外层的软骨细胞会向支架内层迁移，其驱动力考虑是氧分压梯度。而Tan等［25］在培养介质中加入携氧药，发现其能增加组织工程气管上皮的氧分压，促进上皮细胞代谢，还有可能促进血管的生成。这是否意味着缺氧会出现软骨支架结构的混乱，而氧气或血管存在时组织工程气管是否能更好的形成？

4组织工程学在气管外科的研究、应用展望

近3年的文献显示组织工程学在气管外科的研究取得了极大进展。从研究层面上看，已从单纯的种子细胞、生物材料研究，提升到大动物体内甚至是人体的组织构建研究；在研究目标上，也从单纯追求与正常组织结构的相似性，逐步发展到重视构建组织的功能完整性的水平。我们有理由相信，组织工程学在气管外科的研究、应用有着十分光明的前景。