作者：房兴峰 赵靖 谢立信
作者单位：山东省眼科研究所，山东 青岛 ２６６０７１
《眼视光学杂志》2007年10月9卷5期 文章
【摘要】 支架材料是组织工程角膜的土壤，土壤微环境的好坏（即支架材料的选择）直接关系到组织工程角膜的构建及其应用。选择具有更高生物活性、透明性、机械强度等特点的支架材料是组织工程角膜研究的热点，本文就支架材料的研究现状做一综述。
【关键词】 组织工程；角膜；支架材料
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ A scaffold structure is the basic requirement for constructing a tissue-engineered cornea. The construction and application of a tissue-engineered cornea is determined by the properties of the carrier. Although all areas of tissue-engineering corneal research are important, the carrier is the primary focus. The goal is to choose carrier materials with more bioactivity, more transparency, and better mechanical strength properties. This article reviews our experience in the modification of scaffold materials and the creation of new scaffold materials.
［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ ｔｉｓｓｕｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ； ｃｏｒｎｅａ； ｓｃａｆｆｏｌｄ
由于临床角膜供体的缺乏和移植排斥反应的存在，组织工程角膜学科应运而生。它是组织工程学的一个分支，支架材料是基础，为角膜各层细胞的生长增殖提供三维空间和新陈代谢的环境，并决定新生组织的大小、形状和生物学性质等。只有选择了良好的支架材料，种子细胞在优越的、肥沃的土壤环境中才能良好生长增殖，构建的组织工程角膜生物活性高，符合正常角膜的生理特性。Ｔｅｒａｄａ等［１］描述了组织工程支架材料的基本特征：具有一定的生物降解速度、良好的生物相容性和细胞亲和性、一定的力学性能、特定的三维孔结构，能灭菌消毒，可以含有能控制释放的生长因子。而组织工程角膜支架材料还应同时具有一定的透明性、屈光力，对光线散射作用小，可以使光线透过并屈折成像等特性。目前没有一种材料能完全具备这些特征，因此组织工程角膜支架材料仍是当前研究的热点。
组织工程角膜支架材料主要分三大类：天然材料，人工材料，复合材料。
１ 天然材料
１.１ 羊膜 羊膜是胎盘膜的内层、呈半透明的膜样组织，是人体最厚的一层基底膜，共分五层，由内向外依次是上皮细胞层、基底膜、实质层、纤维母细胞层和海绵层，而经过处理的羊膜仅有基底膜和实质层，无抗原性，具有碱性成纤维细胞生长因子等生长因子，具有ＩＶ和Ｖ型胶原、层粘连蛋白、纤维连接蛋白和各种整合蛋白，可以提供细胞生长所需要的物质，促进细胞的黏附、分化和生长增殖；还具有抑制炎症反应的作用。羊膜作为组织工程化角膜上皮细胞的载体，已经应用于临床治疗眼表疾病并取得了一定的成效［２］。Ｋｏｉｚｕｍｉ等［３］以羊膜为基质培养兔正常眼角膜缘干细胞，１４ ｄ融合；继续培养１个月，将其自体移植于眼表损伤的患眼，５ ｄ内患眼角膜完全上皮化并与结膜上皮相连。Ishino等［４］以羊膜为支架培养人角膜内皮细胞，将其移植于去除后弹力层和内皮细胞层的兔角膜的裸露基质面，人角膜内皮细胞可以成活并保持功能和大体形态。Ｅｓｐａｎａ等［５］以羊膜为载体培养人角膜基质细胞，在原代和传代培养过程中基质细胞能保持树枝状的形态和出现细胞间的拉网现象，经Ｗｅｓｔｅｒｎ ｂｌｏｔ和ＲＴ－ＰＣＲ检测，基质细胞体外表达角膜蛋白多糖ｋｅｒａｔｏｃａｎ。羊膜具备来源广、制备成本低等优点，是一种较成熟的组织工程支架材料，但是有传播疾病的潜在危险和处理不当引起羊膜损坏的可能。因此，我们应当：?譹?訛严格规范羊膜的来源，确保来源于健康产妇。?譺?訛探索更好的羊膜制备和保存方法，确保在此过程中不受损坏，更好地保存其生物活性。?譻?訛对以其为支架构建三层细胞的组织工程角膜作进一步研究。
１.２ 胶原 胶原是从动物骨骼和筋膜等中提取出来的，具有抗原性低、生物相容性好等优点，是一种由三条肽链以右手螺旋交织在一起的参与组织愈合的纤维状糖蛋白。１９９３年日本Ｍｉｎａｍｉ等［６］通过体外分离、培养牛角膜上皮细胞、基质细胞和内皮细胞，建立角膜三层细胞系，以三维胶原凝胶系统为支架，体外重建牛角膜三层结构，经组织学、免疫组织化学、生物学和电子显微镜检测，组织结构与正常牛角膜相似。不过胶原基质较软、韧性张力小、在体内代谢降解快、透明性差的缺点限制了其应用。目前提高其生物学特性的方法有：?譹?訛物理和化学交联。?譺?訛和其他材料混合成复合材料。?譻?訛胶原材料的修饰和改性。这几种方法能在一定程度上提高胶原的某些性能，但是可能带入有害物质（如交联剂），因此，还需寻求更好的手段和方法。
１.３ 角膜基质 天然的角膜基质内存在多种生长因子，特别是角膜基质细胞可以为角膜上皮和内皮细胞提供营养。Ａｍａｎｏ等［７~９］在２００２年及以后的研究中，以猪角膜基质为支架材料接种人角膜内皮细胞获得成功，平均细胞密度为１７２１个／ｍｍ２，其Ｎａ＋－Ｋ＋泵功能相当于正常角膜内皮Ｎａ＋－Ｋ＋泵功能的６０％。用免疫组织化学方法检测猪角膜基质α－ｇａｌ抗原决定簇表达较少，植入猕猴角膜基质囊袋中，未引起急性排斥反应，只有慢性排斥反应细胞浸润。在６只受试眼中，仅有２眼出现角膜混浊并检测到ＣＤ８＋、ＨＡＭ５６＋细胞存在于猪角膜基质中，ＣＤ４＋、ＨＡＭ５６＋和巨噬细胞黏附于猕猴角膜内皮上。又将培养的人角膜内皮细胞悬液２ｍｌ（２×１０５／ｍｌ）接种于去除角膜内皮细胞的人角膜基质的内皮面，放入２４孔培养板中，以１７６ ｇ的离心力离心１０ ｍｉｎ，增加细胞与后弹力层间的黏附，人角膜内皮细胞在人角膜基质内皮面贴壁生长，大小形态一致；细胞间形成紧密连接，与正常角膜内皮细胞的紧密连接相似；细胞密度为（２３８０±２６４）个／ｍｍ２，是正常角膜内皮细胞密度的８０％；基质与内皮间的电位（０.３±０.０７）ｍＶ，与正常人角膜基质与内皮间的电位（０.４±０.１４）ｍＶ不同；Ｎａ＋－Ｋ＋－ＡＴＰ酶的功能仅为正常角膜内皮的５５％～７５％。罗小玲等［１０］研究发现异种角膜基质抗原性低，生物相容性好，并以深低温冻存和甘油脱水保存的猪角膜后弹力层／基质为支架培养兔角膜内皮细胞，细胞密度达（３６２０±１１０.２３）个／ｍｍ２，呈近似六边形，表面有微绒毛，并表达神经纤维丝蛋白。吴静等［１１］用冻存的方法去除角膜细胞，但是基质胶原排列较紊乱，抗原性与新鲜角膜基质无显著差异。异种角膜基质来源丰富，抗原性低，符合角膜的生理特性，但是潜在的移植排斥反应不能完全排除。因此，探索一种良好的脱细胞、去抗原并能保持角膜胶原纤维生理特性和生物活性的方法是解决问题的关键。
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