终末期肝病严重威胁人类健康，肝移植是唯一有效治疗方案。然而，由于肝源短缺导致多数患者无法顺利度过等待移植过程。伴随生物组织工程技术的快速发展，"脱细胞和再细胞"等策略，已发展为目前构建重要生命器官(肝脏)的首选技术，这为治疗终末期肝病开辟了新思路。目前，研究者正致力于该项技术的优化，以达到最终成功构建可移植功能性"新肝脏"的目的。笔者就此技术及其优化策略在再生外科学领域中应用的可行性及面临的挑战进行综述。

3D生物打印是以活体细胞、生物材料和活性分子为原料,制造仿生结构模型的一种新兴技术.在肝脏组织工程领域,3D生物打印技术能构建具有生物活性与功能的肝组织模型,用于肝脏疾病治疗与再生医学研究.本文就3D生物打印技术用于肝组织模型构建的相关研究进展作一综述.

目的:从中华大蟾蜍(Bufo gargarizans Cantor)肝脏组织中克隆细胞色素P450还原酶基因(BgCPR,GenBank登录号:OQ572435)进行生物信息学分析,并进行功能验证.方法:基于中华大蟾蜍转录组数据库挖掘BgCPR基因序列,使用SnapGene软件设计BgCPR基因两端特异性引物,以蟾蜍肝脏组织总RNA逆转录成的cDNA为模板进行PCR扩增.利用生物信息学分析BgCPR蛋白理化性质、空间结构并构建系统进化树;基于CRISPR/Cas9基因编辑系统将蟾蜍BgCPR基因表达框经同源重组整合进入酿酒酵母基因组,利用聚乙二醇法制备转化子微粒体,验证其对细胞色素C的还原功能.结果:克隆得到全长2 043 bp的BgCPR基因cDNA,编码680个氨基酸,相对分子质量77 852 Da.结构预测显示,BgCPR蛋白为非分泌蛋白;有一段跨膜螺旋区,位于蛋白的第24～46位氨基酸之间;亚细胞定位预测显示该蛋白定位于内质网上.采用体外酶活实验证明其具有传递电子功能.结论:本研究克隆得到中华大蟾蜍BgCPR基因,并构建了表达具有生物活性的BgCPR的酿酒酵母工程细胞,为进一步研究蟾蜍CYP450基因功能乃至解析蟾蜍二烯内酯类化合物的生物合成途径奠定了基础.

目的:制备一种GDF15融合蛋白并研究其对非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis,NASH)的治疗作用.方法:通过基因工程的方法利用连接肽连接重组GDF15和纳米抗体(anti-HSA),构建VHH-GDF15融合蛋白的表达载体,并在CHO细胞中获得能够高效分泌表达的融合蛋白,在对表达产物进行纯化并使用SDS-PAGE以及HPLC方法鉴定后,采用ELISA实验、Gator仪器和荧光素酶报告基因实验的方法检测该融合蛋白的生物学活性.通过建立小鼠肝炎模型研究融合蛋白的体内活性,称量并且记录小鼠体质量以及肝脏质量,小鼠肝脏组织HE染色和SR染色观察肝脏脂肪变性程度以及肝脏纤维化程度,生化试剂盒检测小鼠血清天冬氨酸氨基转移酶(aspartate aminotransferase,AST)、丙氨酸氨基转移酶(alanine aminotransferase,ALT)、甘油三酯(triglyceride,TG)水平和肝脏TG水平.结果:GDF15蛋白N端在融合VHH片段形成融合蛋白后,保留了 GDF15的二聚体结构,VHH-AP-GDF15融合蛋白相较于VHH-G4S-GDF15融合蛋白具备更加高效的表达.此两种融合蛋白均可特异性结合GFRAL以及HSA并拥有较高的亲和力,可通过与受体GFRAL以及辅助蛋白RET结合从而激活细胞下游通路.体内实验结果表明,VHH-AP-GDF15融合蛋白能够显著降低NASH所导致ALT以及TG的升高,并可显著改善小鼠NASH的病理状况及其肝脏纤维化的程度.结论:GDF15融合蛋白保留了 GDF15的生物学活性,并且可通过降低NASH小鼠血清ALT、TG和肝脏TG的水平减轻NASH小鼠肝脏损伤,具有较好的应用前景.

脱落乳牙牙髓干细胞(SHED)因增殖能力强、致癌风险低,具有较高的细胞分化能力和免疫抑制能力,成为组织工程和再生医学的主要关注领域.近年来,有关SHED在肝脏疾病中的疗效与安全性方面研究逐渐增多,本文集中对SHED在肝脏疾病中的应用与研究进展作一综述,以期为后续进一步临床推广提供参考.

背景:胶原蛋白是含量最为丰富的胞外基质成分,与骨骼肌细胞外基质的结构、功能密切相关,但补充由生物工程技术生产的重组人源胶原蛋白(recombinant human collagen,rhC)对骨骼肌细胞外基质的影响及机制尚不清楚.目的:探讨补充rhC对离心运动后骨骼肌细胞外基质重塑的影响及作用机制.方法:将104只8周龄健康雄性C57小鼠随机分为对照组(生理盐水)、rhC低剂量组(0.2 g/kg)、中剂量组(1.0 g/kg)和高剂量组(2.0 g/kg),连续7 d灌胃干预后每组选取2只小鼠,解剖各脏器进行苏木精-伊红染色判断炎性浸润情况,其余小鼠于第8天进行离心运动,分别在离心运动后即刻(0),24,48,96 h观察细胞外基质结构变化,检测小鼠抓握力、血清肌酸激酶活性、骨骼肌组织基质金属蛋白酶2,9,14和基质金属蛋白酶抑制剂2的蛋白水平.结果与结论:①苏木精-伊红染色观察短期补充rhC对心脏、肝脏、脾、肾无显著影响;②一次性离心运动后,rhC中、高剂量组小鼠抓握力恢复率显著升高(P＜0.01);③各组肌酸激酶变化趋势一致,组间无显著性差异;④rhC低剂量组细胞外基质恢复进程快于对照组,rhC中、高剂量组肌束膜较为完整;⑤rhC高剂量组基质金属蛋白酶9蛋白水平显著降低(P＜0.05);⑥rhC中、高剂量组基质金属蛋白酶14蛋白水平显著降低(P＜0.05);⑦rhC中、高剂量组基质金属蛋白酶2蛋白水平显著降低(P＜0.05);⑧rhC中、高剂量组基质金属蛋白酶抑制剂2蛋白水平显著升高(P＜0.05);⑨rhC各剂量组基质金属蛋白酶2/基质金属蛋白酶抑制剂2比值显著降低(P＜0.05).该研究发现连续7 d预补充1.0,2.0 g/kg rhC可通过调节基质金属蛋白酶和基质金属蛋白酶抑制剂来抑制运动后骨骼肌细胞外基质降解,从而促进小鼠骨骼肌力量恢复.

背景:甲磺酸去铁胺(deferoxamine mesylate,DFO)是一种抗骨质疏松的潜在药物,具有铁螯合、血管再生、抗氧化等作用,近年来研究表明DFO的应用可扩展到组织再生工程领域.目的:以高铁干预去势大鼠模拟绝经后骨质疏松症患者体内铁蓄积状态,探讨DFO干预铁过载骨质疏松大鼠下颌骨缺损植骨后的修复效果.方法:首先构建铁蓄积去势骨质疏松模型,模型组大鼠行双侧卵巢切除术,第2周开始腹腔注射枸橼酸铁铵(90 mg/kg,每周2次,持续干预11周),假手术组大鼠去除卵巢周围部分脂肪,给予等量生理盐水干预11周.确认模型建立成功后,实验大鼠分为假手术组(n=6)、高铁去势组(n=6)和高铁去势DFO治疗组(n=6),于双侧下颌骨建立直径5 mm的骨缺损并植入Bio-Oss骨粉,术后第4天开始高铁去势DFO治疗组腹腔注射DFO(100 mg/kg,每周3次),假手术组及高铁去势组予以等量生理盐水干预,植骨术后2,12周取下颌骨、肝脏及血液样本,行肝脏及颌骨普鲁士蓝染色、血清铁蛋白ELISA检测体内各组织铁水平;苏木精-伊红染色、Masson染色观察骨缺损区炎症细胞浸润及早期成骨情况;抗酒石酸酸性磷酸酶染色观察破骨细胞分化情况;ELISA法检测血清中降钙素、Ⅰ型胶原C-末端肽水平;Micro-CT检测、苏木精-伊红染色观察中晚期成骨情况.结果与结论:①高铁去势组胫骨骨小梁数目减少,骨小梁排列稀疏;②与假手术组比较,植骨术后2周高铁去势组肝脏、颌骨及血清中铁水平明显升高,DFO干预后铁水平降低,差异均有显著性意义(P＜0.05);③骨缺损修复早期,高铁去势组较假手术组有较多炎性细胞浸润,新生骨基质较少,Ⅰ型胶原纤维生成较少(P＜0.05);DFO干预后炎性细胞浸润减少,少量新生骨基质生成,胶原纤维增加显著(P＜0.05);④骨缺损修复中晚期,Micro-CT显示高铁去势组较假手术组新骨生成减少,DFO治疗后新生骨质增加(P＜0.05);⑤与假手术组比较,高铁去势组破骨细胞数量、血清降钙素、Ⅰ型胶原C-末端肽水平升高,DFO干预后破骨细胞数量减少,骨代谢指标得到改善;⑥结果表明:高铁干预去势大鼠体内铁水平升高,伴随下颌骨骨缺损区新骨生成能力减弱;DFO可通过清除组织内铁沉积改善骨代谢与抑制破骨细胞活性,提高铁蓄积骨质疏松大鼠的骨形成能力,促进下颌骨缺损区骨愈合.

随着干细胞研究的深入,人们发现心脏像皮肤、脑、肝脏等组织一样,也属于可再生器官,自身也存在干细胞即心脏干细胞,具有干细胞共有的自我更新、克隆形成、定向分化成心肌细胞、平滑肌细胞和内皮细胞的特性.由于具有组织特异性及心系定向分化潜能,心脏干细胞在心血管疾病治疗方面较其他干细胞具有明显的优势,但存在心脏于细胞移植率低等问题.为了克服上述不足,近年来,人们又开始探索将细胞疗法与一些新技术相结合治疗心血管疾病,如细胞疗法与组织工程、基因疗法、心脏干细胞外泌体的联合应用等,为心血管疾病的治疗提供了新思路.本文主要针对心脏干细胞治疗心血管疾病机制及目前心脏干细胞与新技术的联合应用进展进行综述.

背景:人羊膜上皮细胞具有无致瘤性、来源丰富、容易获取、免疫原性低、无医学伦理限制等优点,很多优势是胚胎干细胞和诸多成体干细胞所不具备的,有望成为今后临床移植治疗的重要种子细胞.目的:观察并研究荧光染料羟基荧光素二醋酸盐琥珀酰亚胺脂(5,6-carboxyfluorescein diacetate succinimidyl ester,CFSE)标记的人羊膜上皮细胞对四氯化碳诱导的小鼠肝损伤的定位修复情况.方法:使用酶消化法从人羊膜中分离得到人羊膜上皮细胞,观察细胞形态,人羊膜上皮细胞的鉴定采用免疫细胞化学法检测细胞角蛋白19的表达.用四氯化碳腹腔注射诱导小鼠肝损伤.将用CFSE标记的人羊膜上皮细胞通过尾静脉注射移植到肝损伤小鼠体内,细胞移植后7 d后检测小鼠组织病理学变化,30 d后检测肝功相关指标.结果与结论:①实验成功分离得到纯度较高的人羊膜上皮细胞;②免疫细胞化学检测显示人羊膜上皮细胞可表达上皮细胞标志角蛋白19;③冰冻切片免疫荧光显示人羊膜上皮细胞可以归巢到受损肝脏;④人羊膜上皮细胞移植后对肝损伤小鼠的肝功能、组织病理学改变都有明显修复作用;⑤结果证实,人羊膜上皮细胞可有效改善肝组织的生理功能,为细胞定位移植治疗肝脏疾病的修复情况提供实验数据.

背景:倒千里光碱是能长期抑制成熟肝细胞分裂增生的肝化学毒剂.目的:联合应用倒千里光碱和肝脏1/3切除建立肝损伤大鼠模型,肝损伤观察大鼠肝细胞和卵圆细胞增殖情况,以及成熟肝细胞和卵圆细胞与肝脏再生的关系.方法:SD雄性大鼠30只,随机分为2组,每组15只.①倒千里光碱/肝脏1/3切除组:腹腔注射倒千里光碱,30 mg/ kg,共注射2次,每次间隔2周;②1/3肝切除组:用生理盐水代替倒千里光碱.两组大鼠在末次注射4周后行肝脏1/3切除术.观察两组大鼠术后不同时间点肝脏病理形态变化、细胞增殖情况和CK19、C-kit免疫组织化学检测情况.结果与结论:①倒千里光碱/肝脏1/3切除组大鼠术后20 d体质量仍低于术前,肝脏增大明显小于肝脏1/3切除组,苏木精-伊红染色示胞体肿大、胞浆疏松、肝细胞广泛空泡变性,汇管区小胆管周围和肝小叶内可见成簇或散在分布的卵圆细胞增生;②肝脏1/3切除组术后20 d 体质量恢复接近术前,肝脏损害较倒千里光碱/肝脏1/3切除组轻,Brdu免疫荧光示成熟肝细胞大量增生,术后14 d见肝卵圆细胞增生,多出现在肝细胞索中,形态和免疫组织化学标记与倒千里光碱/肝脏1/3切除组卵圆细胞一致;③结果提示,成功构建了倒千里光碱联合肝脏1/3切除的急性肝损伤大鼠模型,实验可见肝脏中毒及中毒后肝干细胞和成熟肝细胞增殖的现象,证实肝细胞更新与损伤后再生是肝流域中肝内外源肝干细胞及成熟肝细胞共同作用的结果.