基本信息
- 项目名称：
- 新型胆管仿生支架的实验研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 胆管并发症是腹腔外科手术中最常见、最棘手的问题。肝段、肝叶切除，肝脏移植术后，胃癌术后胆管并发症也不少，主要是胆漏和胆管狭窄。胆管修复治疗研究已有了初步进展，塑料内涵管及金属支架生物相容性较差，引起胆管再狭窄，需二次手术取出支架，异体移植引发排异反应，该研究旨在构建一种具有适宜力学性能，具备良好细胞和组织相容性，既可支持胆汁流通，又能支持干细胞生长分化的生物可降解，双层复合胆管支架。
- 详细介绍：
- 腹部外科手术的技术在近年来取得了突飞猛进的进展，为疾病的治疗带来了福音，但是常常不可避免的引起一些并发症，其中胆管并发症是最常见，也是最棘手的问题，而胆道手术又一直是外科手术的难点，胆道类疾病常常需要切开或切除部分胆管进行胆肠吻合，这会造成胆管功能丧失，同时由于胆管再生能力低下，术后易引发胆漏，胆管再狭窄，反复胆道逆行感染等疾病，使问题变得更加复杂。提高外科手术水平，进行微创手术和胆管内支架的植入是目前临床的两种主要处理方法。前者技术要求高，操作复杂，且效果不理想，因此国内外学者都将目光聚焦到第二种方法上，也找到了一系列的胆管替代物。广义的胆管替代物分为自体胆管替代物，胆管移植物和胆管的人工替代物三种。 自体胆管替代物包括阑尾间置胆管重建术，回盲部间置胆管重建术，自体静脉移植等，这种利用自体组织进行修复的方法虽然减少了机体的排斥反应，但是会对机体其他部位造成损伤。 胆管移植物主要包括异体移植，异种移植以及胆管干细胞移植，其中异体移植，异种移植虽然提出了一个解决问题的很好的思路，但是其引起的超急性排斥反应，急性血管性排斥反应和细胞介导的排斥反应以及异种移植受者的病毒感染等诸多问题不容忽视，如何诱导干细胞定向分化为胆管组织所需要的细胞，是胆管干细胞移植需要解决的首要问题。 胆管的人工代替物层出不穷，主要有塑料内涵管，金属支架和可降解的生物材料制成的支架。以膨体聚四氟乙烯为材料的塑料内涵管，最初是应用于人工血管的，由于它生物相容性好，植入体内不产生炎性吸收反应，可作为长久的结构支架，其80%的体积为纤维间隙或无物空间，此网状结构容许细胞游走及组织向内长入材料中，因此也被列入了人工胆管的制作材料的选择范围。金属支架较塑料内涵管的开通率提高，开通时间延长，因此逐渐替代了塑料内涵管的地位，但是它们均不可生物降解，需要二次创伤性手术将其取出体外，会使患者再次经历痛苦，促使我们不得不找到另一条路径来解决这个问题，于是可降解的生物材料成为首选，它成功的继承了上述支架的优点，巧妙的弥补了它们的不足。该研究旨在构建一种具有适宜力学性能，可支持的胆汁流通，又具备良好细胞和组织相容性的人工胆管支架。该研究以聚己内酯（PCL）为材料，采用明胶致孔剂法和涂膜法制备外管疏松多孔支持细胞生长，内管密闭不通透支持胆汁流通的管状材料，构建具有可控孔径、孔隙率等微结构、适宜力学性能以及支持骨髓间充质干细胞增殖和定向分化的人工胆管支架，为组织工程化胆管的构建奠定基础。通过对胆管组织组成和结构的仿生设计，我们制备出了可支持骨髓间充质干细胞粘附、生长的人工胆管支架，为构建基于患者自体干细胞的胆管组织-支架复合物及其临床移植治疗胆管损伤提供技术储备。作品的创新点在于，我们所制造的人工胆管支架生物相容性良好、可降解、同时又具有生物仿生性质，外管疏松多孔支持细胞生长，内管密闭不通透支持胆汁流通，与此前的胆管支架相比，对人体伤害很小。通过手术缝合，将支架植入胆管要修复的部位。仿生的支架也是当今相关领域的主流发展方向，作品技术上的突出优势决定了作品良好的经济效益。作为该领域的前沿和主导技术，这种支架在未来的市场中必定要占主导。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 当前胆管修复出现的主要问题：所用支架生物相容性差，植入体内产生不良反应，造成胆管二次狭窄等病变；支架取出需进行二次手术，既对病人造成伤害又增加了手术费用。吸取已有胆管支架优点，以生物相容性良好的聚己内酯为材料，采用明胶致孔剂法和涂膜法制备新型的具有双层结构的可控孔径、孔隙率等微结构、功能仿生性、生物相容性良好、生物可降解、支持干细胞生长的人工胆管仿生支架。
科学性、先进性及独特之处
- 与现有技术相比，该研究具有以下几方面优势：结构仿生，双层复合支架内管支持胆汁流通，外管支持细胞生长；生物相容，减少不良反应，不易导致胆管再狭窄；可生物降解，避免二次手术：支架在支持细胞生长、分化的同时自身也在不断降解，不会残留体内，使得组织得到根本上的修复。无需进行二次手术将支架取出，极大减轻病人的痛苦；支持干细胞生长，使组织再生，具有不损坏身体其他结构又无排异反应的特点。
应用价值和现实意义
- 生物材料与再生医学领域是国家“十二五”规划中重点强调的内容，组织再生医学的发展是关系民生、健康、医疗等诸多领域的重大课题。对于胆道手术，该研究提供了一种比当前治疗手段更加安全、组织修复效果更佳的方法，与同类支架相比优势显著，且具有良好生物相容性、生物可降解性的支架也是当今相关领域的主流发展方向，作品技术上的突出优势决定了作品良好的经济效益，作为该领域的前沿，这种支架在未来的市场中必定要占主导地位。
学术论文摘要
- 在胆管修复方面，临床治疗手段主要有两种：一是改进外科手术技术，如外科手术显微镜下胆管吻合;二是胆管内支架植入支撑。但手术技术复杂、耗时，虽可降低胆管并发症，但不能降到理想的程度。目前胆管内植入的支架组织相容性差，易堵塞，引起逆行胆管感染，须再次创伤性操作取出。组织工程是一个涉及到医学、化学、生物学、材料学等多学科、多领域的交叉研究课题。在组织工程的研究中，支架材料的选择和支架的构建是其中的关键环节，本研究公开了一种制备可降解的，具有双层复合结构的人工胆管支架的方法。以聚己内酯（PCL）为原材料，采用明胶致孔剂法制备疏松多孔支持细胞生长的外管，涂膜法制备致密不通透防止胆汁渗漏、同时具有一定强度，能够支持胆汁流通的内管。本研究以生物相容性良好的材料聚己内酯制备支架，无细胞毒性，有利于细胞的粘附、生长，支架植入体内后组织相容性良好，不易引起机体的免疫排斥反应。同时该材料生物可降解，使得支架在完成其支持细胞生长，防止胆汁渗漏的任务后降解，避免进行二次手术。本研究对制备出的支架进行了电镜扫描，力学性能测试，细胞相容性等性能表征等测试。支架外管孔隙率高达70%，微孔孔径可控，适宜细胞生长，材料来源广泛，制备工艺重复性好，所构建的支架可以广泛地应用于组织工程领域，具有较好的临床应用前景。
获奖情况
- 2011年5月在XX大学XX校区参加XX大学第十三届SRTP大学生科研训练计划，答辩获得优秀。 2011年5月29日，于XX省XX市XXXX大学，获得XX省第十二届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖。
鉴定结果
- 目前已经在动物实验上进行植入试验，初步证明在猪胆道内植入安全，可行。
参考文献
- [1] Charles A. Vacanti, M.D. History of Tissue Engineering and A Glimpse Intro Its Future. Tissue Engineering Volume 12, Number 5, 2006 [2] Langer, R.; Vacanti, J. P., Tissue Engineering. Science 1993, 260, (5110), 920-926. [3] Peter X. Ma. Biomimetic materials for tissue engineering. Advanced Drug Delivery Reviews 60 (2008) 184–198 [4] Rohner D.Hutmacher D W.See P Individually CAD-CAM technique designed,bioresorbable 3-dimensional. [5] Susan Liao Casey K. Chan, S. Ramakrishna. Stem cells and biomimetic materials strategies for tissue engineering. Materials Science and Engineering C 28 (2008) 1189–1202 [6] 陈建海;黄春霞;陈志良. 聚己内酯材料的生物相容性与毒理学研究[J]. 生物医学工程学杂志 2000(04) [7] 刘建国. 人工合成生物降解可吸收材料细胞免疫学及致突变实验研究 2001(06) [8] 刘松阳. 人工胆管替代物的设计与发展[J]. 中国祖师工程研究与临床康复. 第11卷.第12期. 2007 [9] 刘玉金. 胆管支架应用研究进展[J].介入放射学杂志.第18卷.第4期. 2009 [10] 宋存先;王彭延;孙洪范. 聚己内酯在体内的降解、吸收和排泄[J]-生物医学工程学杂志 2000(01))
同类课题研究水平概述
- 胆管替代物的研究： 当前国内外对胆管支架的研究，主要有以下方面：1、自体或异体移植作为胆管支架；2、以涤纶和膨体聚四氟乙烯为材料制备胆管替代物；3、金属支架；4、覆膜支架；5、纳米技术在胆管支架中的应用。1-4都已经有了较透彻的研究，同时也有临床实验。而纳米技术即是利用纳米高分子材料制作胆管支架，它的制作方法、在体内的降解速度、机械强度等还需进一步研究。 异体移植即从动物或尸体身上截取部分胆管组织植入患处，由于种属差异性，个体差异性会引起患者的免疫系统发生排异反应。 自体移植即从患者自身的正常组织如静脉，阑尾处截取部分组织植入患处，尽管避免了排异反应的发生，但是会对机体正常组织造成伤害，同时由于不同组织的微结构并非完全相同，替代效果受到一定影响。 以涤纶和膨体聚四氟乙烯为材料制备的胆管替代物，微结构不够精密，力学性能与真实组织相差较大。生物相容性差，且生物不可降解，需要二次手术取出，在给患者带来巨大痛苦的基础上，也增加了手术费用， 金属支架以及覆膜支架，刚性太大，不易组织蠕动运送胆汁，生物相容性差，且生物不可降解，需要二次手术取出，易生锈、产生有毒性粒子等。 纳米技术在胆管支架中的应用着眼于对支架微结构的改进，然而这种方法还不成熟，各种性能还处在研究试验阶段。 组织工程的发展： 我们的作品是基于组织工程构建的支架。组织工程起源于19世纪70年代，但发展迅速，尤其是在皮肤、肌腱、软骨、骨、血管、心脏、角膜、神经系统以及人工肝等的组织再生与修复领域取得了一定进展，其中在骨和软骨组织的再生与修复中应用得最为广泛，也实现了产业化。 人工胆管的组织工程构建一直是业内一个较难的课题，由于各种组织的微结构相差较大，不同组织的构建模式也相去甚远。目前还没有构建出较理想的组织工程人工胆管支架，我们的项目旨在填补此处空白。
