聚乳酸-聚乙醇酸共聚物复合心肌样细胞体外构建工程化心肌组织

背景:研究证实,在一定的诱导条件下,骨髓间充质干细胞可能向心肌细胞等多种中胚层来源的间质细胞分化.目的:探索以聚乳酸-聚乙醇酸共聚物为支架、骨髓间充质干细胞诱导分化的心肌样细胞为种子细胞,体外构建工程化心肌组织的可行性.方法:分离SD大鼠骨髓间充质干细胞,取第3代骨髓间充质干细胞加入含5-氮胞苷的培养液进行诱导分化,培养4周.将诱导成功后的细胞制成细胞悬液,缓慢滴注于预先制备好的聚乳酸-聚乙醇酸共聚物上,培养14 d.以倒置相差显微镜观察诱导前后细胞的形态学变化,免疫荧光染色法鉴定诱导后骨髓间充质干细胞中心肌特异性肌钙蛋白l的表达,大体观察工程化心肌组织在培养期间的形态,透射电镜观察工程化心肌组织的超微结构.结果与结论:原代培养的骨髓间充质干细胞14 d形成集落,传代细胞体积变大,5-氮胞苷诱导后细胞呈长梭形,呈一致性生长.免疫荧光染色结果显示诱导后骨髓间充质干细胞表达心肌特异性肌钙蛋白Ⅰ.透射电镜可见肌丝、Z线样物质.结果证实,以聚乳酸-聚乙醇酸共聚物为支架、骨髓间充质干细胞诱导分化的心肌样细胞为种子细胞,可于体外构建出类似天然心肌的工程化心肌组织.     

组织工程化血管构建中的支架材料：本刊中文部

1 利用人骨髓间充质干细胞在生物反应器中构建小口径血管 2 血管内皮生长因子在鼠尾胶原凝胶诱导三维血管新生中的作用研究 3 脱细胞支架复合兔骨髓间充质干细胞构建     

Ⅰ型胶原修饰聚乳酸聚乙醇酸微球支架上骨髓间充质干细胞的黏附和成骨分化

背景:组织工程骨成骨功能终末细胞需要骨髓间充质干细胞在体外加以诱导或在体内以基因转染等技术加以诱导。目的:研究Ⅰ型胶原修饰的聚乳酸聚乙醇酸微球支架上骨髓间充质干细胞黏附和成骨分化的能力。方法:制备聚乳酸聚乙醇酸微球支架,分离纯化雌性SD大鼠骨髓间充质干细胞。将培养至第3代骨髓间充质干细胞与未经处理的聚乳酸聚乙醇酸微球及Ⅰ型胶原修饰的聚乳酸聚乙醇酸微球共同培养14d,观察细胞在不同支架表面的黏附生长。结果:扫描电镜及FDA-PI染色发现,骨髓间充质干细胞可在聚乳酸聚乙醇酸微球支架上生长,而与未修饰的聚乳酸聚乙醇酸微球相比骨髓间充质干细胞更容易在Ⅰ型胶原修饰的聚乳酸聚乙醇酸微球上黏附增殖。Ⅰ型胶原修饰的聚乳酸聚乙醇酸微球有利于骨髓间充质干细胞的黏附、增殖,并且有一定诱导干细胞成骨分化的能力。     

Ⅰ型胶原修饰聚乳酸聚乙醇酸微球支架上骨髓间充质干细胞的黏附和成骨分化

背景：组织工程骨成骨功能终末细胞需要骨髓间充质干细胞在体外加以诱导或在体内以基因转染等技术加以诱导。目的：研究Ⅰ型胶原修饰的聚乳酸聚乙醇酸微球支架上骨髓间充质干细胞黏附和成骨分化的能力。方法：制备聚乳酸聚乙醇酸微球支架,分离纯化雌性SD大鼠骨髓间充质干细胞。将培养至第3代骨髓间充质干细胞与未经处理的聚乳酸聚乙醇酸微球及Ⅰ型胶原修饰的聚乳酸聚乙醇酸微球共同培养14d,观察细胞在不同支架表面的黏附生长。结果：扫描电镜及FDA-PI染色发现,骨髓间充质干细胞可在聚乳酸聚乙醇酸微球支架上生长,而与未修饰的聚乳酸聚乙醇酸微球相比骨髓间充质干细胞更容易在Ⅰ型胶原修饰的聚乳酸聚乙醇酸微球上黏附增殖。Ⅰ型胶原修饰的聚乳酸聚乙醇酸微球有利于骨髓间充质干细胞的黏附、增殖,并且有一定诱导干细胞成骨分化的能力。     

应用组织工程化肌腱修复跟腱缺损

背景:间质干细胞或间质祖细胞的非造血细胞可在体内或体外分化为骨、软骨、肌肉、肌腱、脂肪及骨髓基质,这使得它们成为组织工程领域内非常有价值的种子细胞来源.目的:以骨髓间充质干细胞为种子细胞,以Ⅰ型胶原-聚羟基乙酸为支架构建组织工程化肌腱,观察其修复跟腱缺损的效果.设计,时间及地点:随机对照动物实验,于2003年在中南大学湘雅医学院进行.材料:1.5～2.5 kg健康成年家兔由中南大学湘雅医学院动物学部提供,雌雄不限.聚羟基乙酸由威高集团康利达医用制品有限公司提供.SD大鼠由中南大学实验动物学部提供.方法:提取家兔骨髓,通过离心和贴壁法培养获取骨髓间充质干细胞,将骨髓间充质干细胞进行分离、扩增.抽取SD大鼠尾腱,制备鼠尾Ⅰ型胶原溶液,并与聚羟基乙酸缝线混合培养构建胶原-聚羟基乙酸支架.将未经体外诱导的骨髓间充质干细胞接种于胶原-聚羟基乙酸支架中构建组织工程化兔肌腱模型,以不加入细胞的为对照.切开30只家兔踝部皮肤,分离出兔跟腱,造成3cm长缺损,实验组15只以自体骨髓间充质干细胞预制的组织工程化肌腱移植于缺损处,对照组15只以Ⅰ型胶原-聚羟基乙酸支架修复跟腱缺损.主要观察指标:组织工程化肌腱修复兔跟腱缺损的效果.结果:含自体骨髓间充质干细胞的Ⅰ型胶原一聚羟基乙酸支架及不含自体骨髓间充质干细胞的Ⅰ型胶原-聚羟基乙酸支架回植于体内时大体观察呈条形凝胶状.回植于体内4周后实验组和对照组均可见移植处形成条索状组织,聚羟基乙酸缝线已降解.8周时观察可见实验组组织工程化肌腱与受体肌腱组织完好连接,呈条索状.与周围其他组织无粘连,为白色、有光泽的致密腱样组织,对照组所形成的组织较实验组细小、与周围组织有粘连.结论:以骨髓间充质干细胞为种子细胞,以Ⅰ型胶原-聚羟基乙酸为支架构建的组织工程化肌腱可明显促进肌腱损伤的修复.     

骨髓间充质干细胞向血管平滑肌样细胞的诱导

背景:已经证实应用维甲酸和双丁酰环磷酸腺苷作为诱导剂,可以在体外建立胚胎干细胞分化为平滑肌细胞的模型.目的:尝试应用维甲酸和双丁酰环磷酸腺苷诱导犬骨髓间充质干细胞向血管平滑肌样细胞分化,评价其作为血管壁种子细胞的可行性.设计、时间及地点:随机对照,体外诱导细胞学实验,于2006-05/2007-12在北京协和医院胸心外科实验室和桂林医学院附属医院中心实验室完成.材料:成年杂种犬10只,雌雄不拘,用于取骨髓.方法:骨髓穿刺法获取犬骨髓,密度梯度离心和贴壁生长的方式提取单个核细胞;取第2～4代细胞,用含维甲酸和双丁酰环磷酸腺苷的培养液诱导、分化为血管平滑肌样细胞.主要观察指标:相差倒置显微镜观察细胞形态学;免疫荧光显微镜观察β肌动蛋白的表达;电镜观察细胞超微结构的改变.结果:骨髓间充质干细胞经苷诱导2周后细胞融合成片形成峰谷样外观,β肌动蛋白呈阳性表达.透射电镜显示胞浆内可见肌丝形成,表现出比较原始的血管平滑肌细胞的特点.结论:维甲酸和双丁酰环磷酸腺营町诱导骨髓间充质干细胞在体外定向分化为具有平滑肌细胞特性的细胞,将其作为构建组织工程化血管的种子细胞是可行的.     

利用人骨髓间充质干细胞在生物反应器中构建小口径血管

背景:目前组织工程生物反应器已对血管、肌腱、软骨、骨、心肌瓣膜、气管、膀胱和干细胞等进行了大量的研究.目的:采用改进的生物反应器系统,应用人骨髓间充质干细胞(hBMSCs)构建小口径的组织工程血管.设计、时间及地点:单一样本观察,于2005-06/2008-03在华东理工大学机械与动力工程学院和上海组织工程研究与开发中心完成.材料:血管生物反应器为华东理工大学自制;骨髓基质干细胞来自健康志愿者的骨髓.方法:设计一套血管生物反应器系统,采用有限元方法对组织工程小血管托架材料进行分析,从而设计一套用于构建直径为2 mm的小血管托架;收集人的原代骨髓基质干细胞进行体外扩增和培养,选用第3代细胞与聚羟基乙酸酯(PGA)复合后置于血管生物反应器中动态培养;培养4周后,对材料复合物取材.主要观察指标:细胞材料复合物生长状况及hBMSCs-PGA复合物的其他相关榆测.结果:hBMSCs-PGA材料复合物培养4周取材进行大体观察和扫描电镜观察,形成血管样组织,色泽明亮,有一定的弹性,用镊子反复压下血管能够反弹恢复原样;细胞分泌的胶原基质排列较规则,免疫组织化学结果表叫血管含有平滑肌弹性肌动蛋白的成分.结论:改进的血管生物反应器能模拟血管的力学环境,并能利用hBMSCs成功构建组织工程化小血管组织.     

猪骨髓间充质干细胞体外诱导构建组织工程化软骨

目的:如何修复气管缺损是一项医学难题,组织工程技术有望解决这一难题.要构建工程化气管软骨,种子细胞是关键因素之一.探讨利用组织工程方法,将猪骨髓间充质干细胞在体外诱导、培养后,构建软骨组织的可能性.方法:实验于2006-10/2007-05在北京协和医院中心实验室完成.①实验材料:小型猪6只由中国农业大学提供,雌雄不限,体质量15～20 kg;聚羟基乙酸纤维(Equl.com.美国).②实验过程及评估:抽取猪的胸骨骨髓, 经密度梯度离心法在体外进行分离、纯化,得到骨髓间充质干细胞, 并在含有转化生长因子β1的特定培养基内进行培养、诱导,免疫组织化学检测诱导细胞Ⅱ型胶原分泌.将诱导分化的骨髓间充质干细胞接种于聚羟基乙酸支架上,将其作为实验组;对照组为未接种细胞的单纯聚羟基乙酸支架;将两组标本环行包裹于直径为0.4 cm的离心管外表面,植入自体猪皮下,进行体内培养,分别于6,8,10周后取材,进行大体观察和组织学检测,评估工程化软骨的形成.结果:①通过密度梯度离心法可获取骨髓间充质干细胞,对其进行培养扩增后可获得较多的细胞.②猪骨髓间充质干细胞通过特定的诱导后可向软骨细胞分化,诱导细胞Ⅱ型胶原免疫组织化学检测结果为阳性.③猪骨髓间充质干细胞-聚羟基乙酸复合物经过体内第6,8,10周培养后,标本出现软骨组织外观,进行组织学切片可见软骨陷窝,Ⅱ型胶原蛋白的免疫组织化学检测为阳性.结论:猪骨髓间充质干细胞在成软骨诱导剂作用下,经体外和体内培养后,可生成组织工程化软骨.     

膀胱匀浆上清液在大鼠骨髓间充质干细胞诱导分化为平滑肌样细胞中的作用

目的:环境因素对干细胞的分化起到重要的作用.实验拟观察经低浓度二甲亚枫进行预诱导后,大鼠骨髓间充质干细胞在体外经膀胱组织匀浆上清液诱导定向分化为平滑肌样细胞的可行性.方法:实验于2007-04/2007-09在河北医科大学解剖教研室下属细胞培养室完成.①实验材料:4～6周龄100～150 g健康清洁级SD大鼠1只,雌雄不限,8周龄220～250 gSD大鼠4只,由河北医科大学实验动物中心提供,实验过程中对动物处置符合动物伦理学标准.②实验方法:采用骨髓干细胞培养基和贴壁法从SD大鼠骨髓中分离骨髓间充质干细胞,并在体外扩增、传代.选择8周龄SD大鼠进行膀胱组织上清液的制备.取第4代骨髓间充质干细胞用1%二甲亚砜预诱导8 h后,应用膀胱匀浆上清液诱导7 d.以未进行诱导的骨髓间充质干细胞为阴性对照组.③实验评估:观察细胞形态学的变化,并运用免疫细胞化学检测特异性α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)的表达.结果:骨髓间充质干细胞经诱导分化后,细胞呈梭形平滑肌样,融合后形成峰谷状排列,并表达平滑肌特异性蛋白标志物α-平滑肌肌动蛋白,诱导分化率为(45.6±3.5)%,与阴性对照组相比差异具有显著性意义(P < 0.05).结论:采用此方法成功诱导骨髓间充质干细胞分化为平滑肌样细胞.     

兔骨髓间充质干细胞向尿路上皮分化后构建膀胱组织工程化移植物

背景：尿路上皮细胞是泌尿系组织工程领域重要的种子细胞,但是难以体外大量扩增;有研究表明骨髓间充质干细胞可以向尿路上皮细胞分化,但关于分化后细胞在植入动物体内后上皮生成情况,以及分化后细胞在组织工程领域的具体应用研究尚不多。目的：分离、扩增兔骨髓间充质干细胞,诱导骨髓间充质干细胞向尿路上皮细胞分化并与兔膀胱脱细胞基质构建组织工程化移植物,了解分化后细胞作为种子细胞的效果。方法：12只8周龄雄性新西兰大白兔胫骨穿刺,抽取骨髓,密度梯度离心法分离骨髓间充质干细胞,第4或5代细胞以条件培养基培养2周,进行分化后细胞的鉴定。随后将分化后细胞种植在膀胱脱细胞基质上构建组织工程化移植物,进行膀胱修补;另12只动物作为对照组以尿路上皮细胞与膀胱脱细胞基质构建复合物行膀胱修补。结果与结论：骨髓间充质干细胞培养成功并在体外扩增,由条件培养基培养诱导分化后,PCR检测提示分化后细胞干细胞标志物CD44表达降低,而上皮细胞标志物UP1a表达升高,行免疫荧光检测发现分化后细胞能表达尿路上皮特异性标志物UP1a,而骨髓间充质干细胞无表达。分化后细胞构建的组织工程化移植物在膀胱修补2周后可形成稳定连续的上皮覆盖,上皮层厚度与尿路上皮细胞构建的组织工程化移植物类似。提示骨髓间充质干细胞向尿路上皮诱导分化后可作为泌尿系组织工程的种子细胞,可能是尿路上皮细胞之外的又一新选择。     

脱细胞支架复合兔骨髓间充质干细胞构建组织工程血管

背景:目前临床使用的小口径(<6 mm)人工血管因生物相容性差、远期通畅率低,效果并不理想.因此,学术界一直致力于寻找具有正常血管生物学功能的血管代用品,组织工程血管的构建与功能研究已成为目前热门研究课题.目的:将兔骨髓间充质干细胞与脱细-胞血管支架动态复合培养体外构建组织工程血管,通过体内移植实验,探讨该组织工程血管的组织相容性及通畅率.设计、时间及地点:随机对照实验,细胞学、组织病理学观察,于2006-01/2008-06在南京大学医学院附属鼓楼医院实验室完成.材料:通过去污剂-酶消化法制备兔腹主动脉脱细胞支架;采用密度梯度离心法结合贴壁分离培养法,分离扩增兔骨髓间充质干细胞,将扩增后的干细胞静态种植于脱细胞支架后置于生物反应器中动态培养构建组织工程血管.方法:60只兔随机均分为3组,剪取一段腹主动脉长约1.0 cm,再将移植血管以8/0聚丙烯线间断外翻吻合到腹主动脉上.组织工程血管组:受体为对应抽取骨髓干细胞的实验兔,以组织工程血管为移植血管;脱细胞血管支架组:以脱细胞处理的同种异体腹主动脉为移植血管;同种异体血管组:以同种异体新鲜腹主动脉作为移植血管.主要观察指标:对培养的骨髓间充质干细胞进行免疫组化鉴定;血管移植后3个月行数字减影血管造影、病理切片、扫描电镜等观察移植效果.结果:兔骨髓间充质干细胞在体外培养8 d后形成漩涡状排列,免疫组化结果符合间充质干细胞表型特征:将间充质干细胞与脱细胞支架置于生物反应器培养12 d后,种子细胞在血管腔内黏附生长;血管移植3个月后,组织工程血管组、脱细胞血管支架组通畅率分别为90%,80%,均优于同种异体血管组(25%).移植3个月后苏木精一伊红染色及扫描电镜结果显示,组织工程血管组形成清晰的内、中、外膜3层结构,形态接近正常动脉,内皮细胞覆盖完整;脱细胞血管支架组血管内表面内皮细胞覆盖不完整,伴有附擘血栓形成,内膜轻度增生,伴炎性细胞浸润:同种异体血管组内膜极度增厚、坏死,管腔明显狭窄,伴不同程度的血栓机化.结论:将兔骨髓间充质干细胞复合脱细胞血管支架上,可获得一种具有良好生物相容性和通畅率的生物人工血管.     

预分化脂肪干细胞与纤维蛋白胶和磷酸钙骨水泥自体异位构建血管化移植物

背景：预构骨皮瓣研究启发人们构建预构血管化骨进行游离移植来替代带血管蒂游离自体骨移植修复大段骨缺损的想法。目的：设计一种基于预分化脂肪干细胞、纤维蛋白胶和多孔磷酸钙骨水泥支架复合体的血管化移植物。方法：将体外分离培养的大鼠脂肪干细胞在条件培养基中进行血管内皮细胞定向分化,经鉴定活性后,复合至纤维蛋白胶和多孔磷酸钙骨水泥构建血管化组织工程支架。将血管化组织工程支架、纤维蛋白胶/多孔磷酸钙骨水泥支架及多孔磷酸钙骨水泥支架分别植入SD大鼠股四头肌肌袋内,植入后2,4周进行组织学检测、血管定量分析和Western blot检测。结果与结论：向血管内皮细胞分化的脂肪干细胞与纤维蛋白胶和多孔磷酸钙骨水泥共培养7 d,可见细胞密度适中,与支架组织结合较好。植入实验中,各组支架孔隙中充填有纤维血管组织和脂肪组织,血管化组织工程组支架孔隙中均长入大量血管,并有小动脉长入,不同时间点的血管直径和数量及血管内皮生长因子C的表达量均优于纤维蛋白胶/多孔磷酸钙骨水泥组和多孔磷酸钙骨水泥组（P〈0.01）。表明构建的血管化组织工程支架能够实现可靠迅速血管化。     

小径聚氨酯人工血管内皮化种子细胞的体外诱导分化及种植实验

背景:目前,小径人工血管移植后由于缺乏内皮细胞衬里和抗血栓特性,长期通畅率低。有研究尝试用成熟内皮细胞种植人工血管以增强其抗血栓能力,以提高长期通畅率,但由于种子细胞和支架材料存在的缺陷,其效果并不令人满意。因此,临床上亟需寻找合适的种子细胞及血管支架材料,改善小径人工血管移植长期通畅率低这一现状。目的:探讨体外诱导骨髓单个核细胞分化成为内皮祖细胞的可行性,并种植聚氨酯小径人工血管表面,为小径聚氨酯人工血管内皮化提供合适的种子细胞。设计:观察性实验。单位:中山大学附属第一医院心血管医学部,免疫学教研室。材料:实验于2004-09/2005-05在中山大学附属第一医院完成。健康志愿者成人骨髓(n=7)约10mL。方法:收集健康成人骨髓单个核细胞,置于纤维连接蛋白预衬的DMEM培养基中,用血管内皮生长因子和碱性成纤维细胞生长因子加以诱导,通过荧光显微镜和免疫组化分析等方法观察和鉴定诱导后的细胞。将诱导分化的内皮祖细胞种植到聚氨酯小径人工血管表面,用扫描电镜观察。主要观察指标:①细胞形态学变化。②免疫组化VWF和CD34抗体染色结果。③聚氨酯小径人工血管表面内皮祖细胞的黏附生长状态。结果:①在血管内皮生长因子和碱性成纤维细胞生长因子等诱导因子存在的条件下,骨髓单个核细胞分化成为内皮祖细胞,倒置荧光显微镜下呈典形的“纺锤样”梭形细胞,单层细胞贴壁生长融合时呈铺路石样排列。②免疫组化示VWF和CD34抗体染色阳性。②扫描电镜下,未种植细胞的聚氨酯小径人工血管表面呈典型的多孔蜂窝状结构,孔径大小比较适合内皮祖细胞爬行。种植细胞后,聚氨酯小径人工血管表面有大量的内皮祖细胞黏附、爬行及铺展生长,有时可见内皮祖细胞长入蜂窝状孔径内。结论:在体外能将骨髓单个核细胞诱导分化成为内皮祖细胞,而诱导分化的内皮祖细胞在小径聚氨酯人工血管上黏附生长状态良好,提示体外诱导骨髓单个核细胞分化为内皮祖细胞可作为小径聚氨酯人工血管内皮化的种子细胞。     

不同细胞浓度种植于脱细胞血管基质上的细胞生长方式

背景：对于组织工程血管而言,如何在平滑肌细胞层上成功获得致密的内皮细胞层是最为关键的。目的：探索不同细胞种植浓度对构建全生物化组织工程血管的影响。方法：先将不同浓度（5×105,5×107L-1）猪血管平滑肌细胞种植在猪脱细胞血管基质上,培养3d后再将不同浓度（5×105,5×107L-1）内皮祖细胞接种在平滑肌细胞-血管基质复合体上,构建片状全生物化组织工程材料。结果与结论：高浓度与低浓度平滑肌细胞在脱细胞血管基质上的细胞生长曲线相似,并且种植在孔板上和在脱细胞基质上的生长曲线亦相似,但低浓度组增殖较慢,覆盖率较低。细胞覆盖率由高到低的顺序为：高浓度内皮祖细胞＋含高浓度平滑肌细胞的脱细胞基质〉高浓度内皮祖细胞＋含低浓度平滑肌细胞的脱细胞基质〉低浓度内皮祖细胞＋含高浓度平滑肌细胞的脱细胞基质〉低浓度内皮祖细胞＋含低浓度平滑肌细胞的脱细胞基质,且高浓度内皮祖细胞在脱细胞基质上可形成较为致密的细胞层,呈现出铺路石样生长方式。说明提高细胞接种浓度有利于其在材料表面快速形成致密的细胞层。     

组织工程支架材料在泌尿系统损伤修复中的应用

背景:泌尿外科组织工程技术为泌尿道组织、器官的微创修复和功能重建带来了新的希望。近年来,有关泌尿系组织工程支架材料的研究以及组织工程化组织如肾脏、输尿管、膀胱、尿道等的实验和临床研究报道层出不穷。目的:总结近年组织工程支架材料在泌尿系统损伤修复中的应用情况。方法:由作者应用计算机检索万方数据库(http://med.wanfangdata.com.cn/),检索时限1998-01/2010-12。检索关键词:输尿管;膀胱;尿道;支架材料;组织工程。纳入标准:①泌尿系组织工程所用生物支架材料制备方面的文章。②组织工程支架材料修复泌尿系统损伤方面的文章。排除标准:重复研究或较陈旧文献。根据纳入排除标准共保留相关文献41篇。结果与结论:近年来,泌尿系组织工程支架材料的研究较为迅速,主要有天然细胞外基质,如胶原、蛋白多糖、糖蛋白等;细胞外基质衍生物,如膀胱细胞外基质、尿道细胞外基质、小肠黏膜下层等;合成聚合物,如聚羟基乙酸、聚乳酸等。这类材料具有最接近人体的网架结构、生物力学性能、部分活性因子,与上皮细胞和平滑肌细胞共同培养,有利于细胞黏附生长发挥生理功能。目前泌尿外科组织工程技术正处于从基础研究向临床应用转化的关键阶段。     

Engineering blood vessels using stem cells: innovative approaches to treat vascular disorders

Vascular disease is the leading cause of mortality in the USA, providing the impetus for new treatments and technologies. Current therapies rely on the implantation of stents or grafts to treat injured blood vessels. However, these therapies may be immunogenic or may incompletely recover the functional integrity of the vasculature. In light of these shortcomings, cell-based therapies provide new treatment options to heal damaged areas with more suitable substitutes. Current clinical trials employing stem cell-based therapies involve the transfusion of harvested endothelial progenitor cells. While the results from these trials have been encouraging, utilizing tissue-engineered approaches could yield technologically advanced solutions. This article discusses engineered stem cell-based therapies from three angles: the differentiation of adult stem cells, such as mesenchymal stem cells and endothelial progenitor cells, into vascular lineages; investigation of human embryonic stem cells and induced pluripotent stem cells as inexhaustible sources of vascular cells; and tissue-engineering approaches, which incorporate these vascular progenitor cells into biomimetic scaffolds to guide regeneration. The optimal solution to vascular disease lies at the interface of these technologies – embedding differentiated cells into engineered scaffolds to impart precise control over vascular regeneration.     

Engineering blood vessels using stem cells: innovative approaches to treat vascular disorders

Vascular disease is the leading cause of mortality in the USA, providing the impetus for new treatments and technologies. Current therapies rely on the implantation of stents or grafts to treat injured blood vessels. However, these therapies may be immunogenic or may incompletely recover the functional integrity of the vasculature. In light of these shortcomings, cell-based therapies provide new treatment options to heal damaged areas with more suitable substitutes. Current clinical trials employing stem cell-based therapies involve the transfusion of harvested endothelial progenitor cells. While the results from these trials have been encouraging, utilizing tissue-engineered approaches could yield technologically advanced solutions. This article discusses engineered stem cell-based therapies from three angles: the differentiation of adult stem cells, such as mesenchymal stem cells and endothelial progenitor cells, into vascular lineages; investigation of human embryonic stem cells and induced pluripotent stem cells as inexhaustible sources of vascular cells; and tissue-engineering approaches, which incorporate these vascular progenitor cells into biomimetic scaffolds to guide regeneration. The optimal solution to vascular disease lies at the interface of these technologies--embedding differentiated cells into engineered scaffolds to impart precise control over vascular regeneration.     

A double chamber rotating bioreactor for enhanced tubular tissue generation from human mesenchymal stem cells: a promising tool for vascular tissue regeneration

Cardiovascular diseases represent a major global health burden, with high rates of mortality and morbidity. Autologous grafts are commonly used to replace damaged or failing blood vessels; however, such approaches are hampered by the scarcity of suitable graft tissue, donor site morbidity and poor long‐term stability. Tissue engineering has been investigated as a means by which exogenous vessel grafts can be produced, with varying levels of success to date, a result of mismatched mechanical properties of these vessel substitutes and inadequate ex vivo vessel tissue genesis. In this work, we describe the development of a novel multifunctional dual‐phase (air/aqueous) bioreactor, designed to both rotate and perfuse small‐diameter tubular scaffolds and encourage enhanced tissue genesis throughout such scaffolds. Within this novel dynamic culture system, an elastomeric nanofibrous, microporous composite tubular scaffold, composed of poly(caprolactone) and acrylated poly(lactide‐co‐trimethylene‐carbonate) and with mechanical properties approaching those of native vessels, was seeded with human mesenchymal stem cells (hMSCs) and cultured for up to 14 days in inductive (smooth muscle) media. This scaffold/bioreactor combination provided a dynamic culture environment that enhanced (compared with static controls) scaffold colonization, cell growth, extracellular matrix deposition and in situ differentiation of the hMSCs into mature smooth muscle cells, representing a concrete step towards our goal of creating a mature ex vivo vascular tissue for implantation. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

适宜于构建组织工程化脂肪的蚕丝蛋白支架:最佳孔径筛选

背景:既往组织工程脂肪的研究中,支架材料的孔径往往被忽略.如孔径过大,细胞会顺着过大的孔隙流走,难以保留在支架中;孔径过小,细胞则主要分布于支架材料的表面,不易进入支架中,同时也不利于新生血管生长.目的:筛选用于构建组织工程脂肪的蚕丝蛋白支架的适宜孔径.方法:在保持蚕丝蛋白浓度不变条件下,通过改变冷冻干燥温度与时间,制备出6批次不同孔径的蚕丝蛋白支架;贴壁法分离脐带间充质干细胞,化学染色检测其体外诱导成骨和成脂的能力;电镜下测定6批次蚕丝蛋白支架的孔径;观察脐带间充质干细胞在不同孔径蚕丝蛋白支架上黏附、增殖的能力.结果与结论:6批次蚕丝蛋白支架的孔径分别为:(39.94±17.27),(53.51±16.18),(63.97±19.76),(71.08±18.07),(87.33+21.78),(121.97+44.10)μm.脐带间充质干细胞在2号支架材料上黏附良好,并充分伸展,而第1,3,4,5,6号支架材料,除第1,3号支架上偶见细胞外,其余支架材料上均未见细胞生长.由此说明人脐带间充质干细胞与蚕丝蛋白支架构建组织工程脂肪时,支架材料的最佳孔径为50 μm.