清華生物醫(yī)學(xué)工程系開發(fā)出可注射組織再生新技術(shù)
清華新聞網(wǎng)9月10日電 清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系杜亞楠教授實(shí)驗(yàn)室最新開發(fā)了一種可注射干細(xì)胞3D微組織再生療法，可極大促進(jìn)基于干細(xì)胞治療的組織修復(fù)和再生效果。相關(guān)論文Primed 3D injectable microniches enabling low-dosage cell therapy for critical limb ischemia （預(yù)激可注射3D微環(huán)境實(shí)現(xiàn)低劑量細(xì)胞治療下肢缺血性疾病）發(fā)表在9月3日的《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）上。清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系博士生李雅倩，劉偉和博士后劉飛是該論文的共同第一作者，杜亞楠教授是該論文的通訊作者。
圖注：通過預(yù)激（priming）的可注射型3D干細(xì)胞微環(huán)境（微組織）應(yīng)用于下肢缺血疾病的高效治療。圖中右側(cè)為可注射的3D微組織（其中，白色代表3D支架；綠色代表細(xì)胞；紅色代表細(xì)胞外基質(zhì)和因子）；左側(cè)為裸鼠血管的動態(tài)血流圖。
以組織工程和細(xì)胞治療為代表的再生醫(yī)學(xué)是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)最具發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域，有望成為繼藥物和器械治療之后下一個醫(yī)療健康行業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)。再生醫(yī)學(xué)已在臨床成功地用于皮膚再生，關(guān)節(jié)軟骨重建，肌腱、脊髓損傷修復(fù)，免疫系統(tǒng)功能重建等，并在治療下肢缺血、動脈粥樣硬化、心肌梗死在內(nèi)的缺血性疾病和各類器官組織（如神經(jīng)、肝臟、心臟、胰腺等）修復(fù)和再生的動物模型和臨床試驗(yàn)中顯示出良好效果。然而，傳統(tǒng)組織工程由于人造組織的空間尺度較大，需要通過有創(chuàng)性的手術(shù)移植來實(shí)現(xiàn)，并且由于傳質(zhì)問題，移植細(xì)胞的存活也是一個重大挑戰(zhàn)。相比之下，可注射細(xì)胞治療將游離細(xì)胞通過微創(chuàng)的方式直接注入體內(nèi)進(jìn)行治療顯示出更加良好的臨床應(yīng)用前景。但由于注射到體內(nèi)的游離細(xì)胞大量流失，并在病灶區(qū)域死亡導(dǎo)致目前細(xì)胞治療效率低，不穩(wěn)定，重復(fù)性差。例如有研究表明細(xì)胞治療下肢缺血性疾病時注射到體內(nèi)的細(xì)胞中最終僅有3%能夠在缺血和炎癥部位發(fā)揮治療作用。常用的解決方法是大量注入細(xì)胞，而過量的細(xì)胞不但增加了應(yīng)用成本而且會因?yàn)榧?xì)胞的不可控生長帶來一系列安全問題。因此，迫切需要一種高效，可控的細(xì)胞治療方法，以應(yīng)對上述挑戰(zhàn)。
杜亞楠教授實(shí)驗(yàn)室充分利用其研究團(tuán)隊(duì)的工程背景，創(chuàng)新性地將廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)的微尺度技術(shù)與傳統(tǒng)組織工程和細(xì)胞治療方法相結(jié)合開發(fā)出基于可注射干細(xì)胞3D微組織的新型療法，證實(shí)可大大增強(qiáng)干細(xì)胞在病灶區(qū)域的定位，存活和組織再生治療效果，有望為實(shí)現(xiàn)“一針干細(xì)胞注射治療疑難重大疾病”的夢想提供重要工具和手段。
該療法首先將干細(xì)胞（例如脂肪來源的間充質(zhì)干細(xì)胞）在基于微加工可降解生物材料的3D多孔微載體中進(jìn)行體外預(yù)培養(yǎng)，促進(jìn)干細(xì)胞間的相互作用形成3D微組織，同時積累大量促進(jìn)細(xì)胞活性和治療效果的細(xì)胞外基質(zhì)和活性因子。經(jīng)過預(yù)培養(yǎng)的3D微組織，將干細(xì)胞“狀態(tài)”調(diào)至最佳并“全副武裝”以充分應(yīng)對體內(nèi)病灶區(qū)域缺血、炎癥等惡劣環(huán)境。并可通過定點(diǎn)注射有效的聚集在治療區(qū)域。和傳統(tǒng)的游離細(xì)胞注射療法相比，3D微組織注射治療可發(fā)揮如“導(dǎo)彈”而非“子彈”的功效以實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)高效治療。因此，3D微組織療法僅需要相當(dāng)于傳統(tǒng)游離細(xì)胞療法十分之一的間充質(zhì)干細(xì)胞用量就可使患有下肢缺血性疾病的小鼠實(shí)現(xiàn)血管和肌肉組織再生，避免截肢，這是迄今為止文獻(xiàn)報道的可實(shí)現(xiàn)下肢缺血再生和治療所需干細(xì)胞量最少和最有效的報道。尤為重要的是，3D微組織療法可使用臨床常用的注射器，操作方便，避免了傳統(tǒng)組織工程中手術(shù)移植等造成的創(chuàng)傷。下肢缺血是糖尿病患者常見的并發(fā)癥，糖尿病患者中有15%～20%在其病程中發(fā)生足潰瘍或壞疽。國內(nèi)糖尿病足患者的截肢率高達(dá)21~37.5%，此療法有望為下肢缺血性疾病患者帶來福音。相關(guān)技術(shù)申請了中國專利，并初步證明了可注射3D干細(xì)胞微組織在治療其他疾病如皮膚損傷，肝衰竭和椎間盤蛻變等的良好治療效果。
杜亞楠教授于2010年在麻省理工學(xué)院完成博士后研究后入職清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系，其實(shí)驗(yàn)室主要應(yīng)用微尺度技術(shù)結(jié)合生物材料和細(xì)胞生物學(xué)構(gòu)建精確可控的3D微尺度組織，為細(xì)胞/組織工程, 再生醫(yī)學(xué)以及藥物篩選和病理研究提供新型工程手段和解決方法。本工作得到了清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系白凈教授實(shí)驗(yàn)室在小動物成像方面的大力支持和協(xié)作，并得到國家自然科學(xué)基金委和國家科技部973計(jì)劃的資助。
全文鏈接：http://www.pnas.org/content/early/2014/08/28/1411295111.abstract
供稿：醫(yī)學(xué)院 編輯：襄樺 學(xué)生編輯：長松
