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

作     者：沈琛涛 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王桂华

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：预血管化 静电纺丝 氧化石墨烯 明胶 肠壁缺损 

摘      要：背景:小肠作为消化和吸收营养物质的重要器官,常常会因为各种原因造成小肠吸收面积大部分减少而引起一系列症状,如外伤、炎性肠病(Inflammatory Bowel Disease,IBD)、肠系膜血管栓塞、小肠广泛切除等。对于小肠广泛缺损,传统的治疗方法为全胃肠外营养支持(Total Parenteral Nutrition,TPN)及小肠移植。长期的TPN治疗容易导致感染、肝纤维化和电解质紊乱等并发症。小肠移植则面临着供体稀少、移植排斥及终身的免疫抑制治疗等困境。小肠组织工程能够通过自体细胞培养获得组织工程小肠,替换损伤、失去功能的小肠,增加吸收面积,从而对小肠大部缺损进行治疗,并降低小肠移植对供体的需求,避免术后排斥现象的出现及进行终身免疫抑制治疗。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(Graphene Oxide,GO)是石墨烯的含氧衍生物。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,本研究假设利用GO和Gel能够制备一种具有良好的力学强度和生物相容性的生物支架,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,为开展更深入的小肠组织工程奠定基础。方法:本研究首先利用静电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),并鉴定其理化性质和体外生物相容性,从而筛选出最佳GO浓度用于构建具有良好机械强度和生物相容性的GO-Gel生物支架,并进行后续实验。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,研究建立大鼠肠壁缺损模型并应用V-GO-Gel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,根据免疫组化结果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。在10%形变范围内,该纳米支的弹性模量是单纯Gel支架的1.5倍,具有良好的机械强度。该支架培养的细胞粘附好、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染色结果提示血管生成更多,CD206染色结果提示更轻微的炎症反应。结论:具有良好的力学强度、生物相容性以及丰富血管网络的V-GO-Gel预血管化组织工程室,在大鼠肠壁缺损模型中能够促进肠壁缺损修复,因此为开展更深入的小肠组织工程奠定基础。