組織工程角膜的研究進展

宮婷婷

摘 要 全球約1000萬人因角膜疾病或損傷而致盲，給病人及其家庭帶來極大的痛苦，給社會帶來了極大的負擔。角膜移植是目前治療角膜盲的主要手段，但是角膜供體組織嚴重不足，致使很多角膜盲病患重見光明的希望渺茫。近年來興起的組織工程角膜，即在體外構建組織工程角膜上皮層、組織工程角膜基質層、組織工程角膜內皮層，有望作為捐獻角膜的有效替代物，為角膜盲患者帶來了光明的希望。

關鍵詞 組織工程角膜上皮層 組織工程角膜基質層 組織工程角膜內皮層

中圖分類號：R318.1 文獻標識碼：A

0簡介

組織工程是用種子細胞與生物材料（支架）構建細胞—材料復合物，將該復合物植入機體的組織或器官病損部位，隨著生物材料在體內逐漸被降解和吸收，植入的細胞在體內不斷增殖并分泌細胞外基質，最終形成相應的組織或器官，從而達到修復創傷和重建功能的目的。目前組織工程的基本原理已經應用到了角膜中，能夠產生多種角膜組織替代物，為角膜盲患者帶來了光明的希望。本文主要論述了目前角膜組織工程上皮層、角膜組織工程基質層和角膜組織工程內皮層的研究進展。

1組織工程角膜上皮層

角膜上皮層具有屏障和泵的功能，在維持角膜的含水量方面扮演著重要的角色。在體外，通過組織工程的方法，可以構建能夠發揮功能的復狀上皮層。目前用溫敏性的大分子材料以及口腔粘膜上皮構建的組織工程上皮層已經通過了臨床的評估。但是，這種技術存在的主要缺陷是可變性高和培養時間長。在已經構建的多種角膜損傷動物模型中（例如，小鼠、兔子和山羊），人的羊膜組織已經被廣泛的應用到了角膜組織工程上皮層的重建中，然而組織內和組織間形態、化學以及光學特性的高度可變性限制了其在臨床中的使用。雖然將人角膜上皮細胞接種于人類捐獻的角膜基質組織上構建的組織工程角膜上皮層，在體外能夠表現出天然角膜緣上皮的相似特征，但是角膜組織捐獻的匱乏限制了這種角膜的重建。在天然大分子中，重組I型膠原水凝膠能夠使接種于其上的人角膜緣的上皮細胞增殖，成為有功能的復狀上皮層。此外，膠原水凝膠還被用于組織工程角膜緣隱窩的構建中，通過微接觸打印技術在體外產生三維人角膜上皮干細胞壁龕，促進角膜上皮細胞的再生。蠶絲蛋白由于其良好的光學特性、機械特性和加工特性，已被應用到組織工程上皮層的構建當中，構建的蠶絲蛋白膜的表面結構能夠在很大程度上促進人角膜上皮細胞的附著、增殖和生長。角蛋白由于其良好的光學性能和對上皮細胞生長的支持能力，也已經應用到了組織工程上皮層的重建中。

2組織工程角膜基質層

角膜基質層的重建具有較高的挑戰性，因為其結構復雜，并且對機械性能和透明度要求高。因此，目前對組織工程角膜基質層的研究重點主要集中在化學、形態學和機械性能方面。合成高分子材料現已經被納入了組織工程角膜基質層構建的探索中。將合成高分子材處理成為微米級和納米級纖維形式，對體外基質細胞的生長和分化具有指導和促進作用，從而產生正交排列且分層的膠原纖維板層。人角膜基質干細胞能夠分化成人角膜基質細胞，將人角膜基質干細胞接種于纖維狀聚（酯氨基甲酸乙酯）尿素構建的支架上，發現能夠在體外構建二維的組織工程基質板層，但是其光學性能不佳。而合成的高分子聚合物與天然生物材料不僅具有良好的生物相容性，而且具有良好的光學性能。例如，殼多糖、聚乙二醇和聚乳酸復合I型膠原蛋白納米纖維混合而成的水凝膠膜，比單純的合成纖維表現出更好的機械性能、光學性能以及生物功能。通過靜電紡絲技術，I型膠原蛋白可以合成納米纖維，該結構能夠指導角膜成纖維細胞的生長和增殖。用蠶絲蛋白制成的多孔薄膜，其機械性能和光學性能好，在構建組織工程角膜替代物方面有極大的潛力。另外，用蠶絲蛋白膜和蠶絲蛋白多孔膜構成的雙層支架與人角膜緣上皮細胞和間充質干細胞已成功構建出了人的角膜緣。

3組織工程角膜內皮細胞層

組織工程角膜內皮層的構建，其支架材料主要包括I型膠原蛋白、明膠、脫細胞基質、殼聚糖以及硫酸軟骨素。將人角膜內皮細胞接種于脫細胞羊膜上構建組織工程人角膜內皮層，在體外構建去除內皮細胞和部分后彈力層的臨床模型，將組織工程內皮層移植到臨床模型中，發現其能發揮正常的功能，所以可作為角膜內皮替代物。

參考文獻

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