前言：本站為你精心整理了細胞技術(shù)在泌尿系統(tǒng)疾病中治療應(yīng)用范文，希望能為你的創(chuàng)作提供參考價值，我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文，歡迎咨詢。

摘要：細胞膜片技術(shù)是一種無支架的組織工程技術(shù)，主要通過調(diào)節(jié)細胞的培養(yǎng)溫度獲取連接緊密的活細胞組織片與自分泌的細胞外基質(zhì)，可以完整保留細胞表面的關(guān)鍵蛋白，如離子通道、生長因子受體、細胞間連接蛋白。由于無需外源支架材料，能夠避免排異及倫理等問題，可有效彌補現(xiàn)有修復(fù)材料的不足。通過檢索近5年的國內(nèi)外公開發(fā)表的文獻，發(fā)現(xiàn)細胞膜片被廣泛應(yīng)用于泌尿系統(tǒng)疾病的治療中，其具有獨特的臨床轉(zhuǎn)化前景，但截止目前尚未見相關(guān)主題的綜述。細胞膜片在尿道與膀胱的修復(fù)、急慢性腎損傷、充盈性尿失禁等疾病中被證實有良好的治療效果，但是缺乏進一步的臨床試驗研究。目前尚未檢索到利用細胞膜片修復(fù)輸尿管的研究報道。此外，在細胞膜片應(yīng)用于臨床之后即將面臨細胞膜片的培養(yǎng)周期較長與擇期手術(shù)的矛盾以及產(chǎn)業(yè)化問題。將來如何妥善保存成熟的細胞膜片以做到隨取隨用也是一項充滿挑戰(zhàn)的研究方向。

關(guān)鍵詞：細胞膜片；組織工程；尿道修復(fù)；膀胱修復(fù)；尿失禁；腎損傷細胞膜片技術(shù)（cellsheettechnology，CST）

目前主要被應(yīng)用于組織工程修復(fù)領(lǐng)域，具有廣闊的臨床應(yīng)用前景[1,2]。近年來，利用質(zhì)粒轉(zhuǎn)染、基因編輯等技術(shù)對細胞進行改性后培養(yǎng)成細胞膜片，從而加強了其因子分泌功能或使其分泌新的細胞因子，也進一步拓展了細胞膜片的治療手段[3,4]。在臨床治療中，干細胞膜片、上皮細胞膜片和心肌細胞膜片已分別在皮膚、角膜、中耳黏膜和心肌修復(fù)的試驗中取得滿意的療效從而得以應(yīng)用[5-10]。在泌尿系統(tǒng)疾病的治療中，CST在臨床研究中同樣有良好的修復(fù)效果，臨床應(yīng)用潛力正在被不斷發(fā)掘。因此，本文將主要闡述CST在泌尿系統(tǒng)疾病治療領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的研究進展。

1CST簡介

近年來，盡管組織工程新型材料不斷涌現(xiàn)并被應(yīng)用于體內(nèi)組織的修復(fù)再生，但可生物降解支架的降解產(chǎn)物引發(fā)炎癥反應(yīng)和排異反應(yīng)的風(fēng)險始終存在[11]。因此，CST被提出來作為一種替代方法。細胞膜片的經(jīng)典培養(yǎng)方法是將目的細胞高密度接種于溫度敏感型材料包被的特殊培養(yǎng)皿中，并添加相應(yīng)的生長因子以維持細胞特性及促進細胞外基質(zhì)分泌[12,13]。這種溫度敏感型材料可以在低臨界溶解溫度下發(fā)生親水相/疏水相的快速轉(zhuǎn)變，即當外界培養(yǎng)溫度由37℃降至20℃時，溫敏培養(yǎng)皿表面的特殊材料可逆地變?yōu)橛H水狀態(tài)，發(fā)生快速水合和溶脹，完整的細胞膜片即可自動脫落，由此獲得完整的純細胞層片與自分泌的細胞外基質(zhì)，離子通道、細胞因子感受器和細胞因子受體等成分被完整地保存，有利于維持細胞活性并減少細胞損失及凋亡。另一方面，與細胞膜片相比，同樣不需要支架材料的細胞懸液注射療法具有諸多局限性，例如需要借助溶質(zhì)、細胞容易流失、細胞存活能力差、體內(nèi)分布具有不確定性，可造成意想不到的副反應(yīng)[14]，也無法將細胞定位于治療靶點并發(fā)揮最大化的治療效果，從而使其難以達到預(yù)期的治療效果。

2CST在尿道修復(fù)中的應(yīng)用

尿道下裂和不同原因引起的尿道狹窄是泌尿外科常見疾病[15,16]。由于缺乏理想的尿道修復(fù)替代材料，往往療效不佳，尤其是針對超過3cm的長段尿道狹窄。處理長段尿道狹窄所面臨的主要問題是尋找理想的修復(fù)替代材料[17]。傳統(tǒng)構(gòu)建組織工程尿道的方式包括單純支架材料或細胞支架復(fù)合物修復(fù)尿道。然而有研究發(fā)現(xiàn)，單純支架材料或細胞支架復(fù)合物修復(fù)尿道時，雖可誘導(dǎo)尿道組織再生，但隨著體內(nèi)移植時間的推移，部分修復(fù)段尿道由于支架材料的吸收導(dǎo)致攣縮感染等并發(fā)癥的發(fā)生，在修復(fù)長段尿道缺損時尤為明顯[18]。支架材料因組織相容性問題及炎癥反應(yīng)限制了其臨床應(yīng)用。雖然口腔黏膜或皮瓣移植已被臨床廣泛應(yīng)用于尿道修復(fù)，并能適應(yīng)尿液暴露環(huán)境，但口腔麻木、疼痛、尿道腔內(nèi)皮瓣毛發(fā)的生長等問題始終困擾著患者與臨床醫(yī)生[19,20]，所以不需要支架材料的細胞膜片因為可以有效彌補以上不足而被廣泛研究。而來源于膀胱或口腔培養(yǎng)的移植物或上皮細胞膜片也可作為一種備選方式，但其涉及到侵入性操作和額外的損傷區(qū)域，供區(qū)部位的并發(fā)癥也常常給患者帶來額外的痛苦[21]。皮膚上皮細胞膜片的培養(yǎng)和移植可解決上述缺點，它提供充足的上皮細胞，無毛發(fā)生長和微創(chuàng)傷，易從包皮或腹股溝區(qū)獲取并兼顧美觀需求。ROGOVAYA等[22]利用尿道損傷的新西蘭兔模型，證明移植的皮膚上皮細胞膜片可以成功修復(fù)尿道。術(shù)后4~7d恢復(fù)自主排尿功能，尿道無瘢痕及異常瘺管形成。移植區(qū)域術(shù)后45d可檢測到熒光標記和尿道標記物UP3共定位的皮膚上皮細胞。此外，細胞膜片的可操作性較強，可以根據(jù)實際需要進行排列復(fù)合形成具有3D結(jié)構(gòu)的生物材料。ZHOU等[23]利用平滑肌細胞膜片、成纖維細胞膜片和口腔黏膜上皮細胞膜片成功構(gòu)建了一種全層仿生尿道組織，經(jīng)過體內(nèi)預(yù)血管化后回植，成功修復(fù)犬3cm尿道缺損，首次從實驗上證明了利用CST可以建立3層組織工程化尿道，并能促進再生的尿道形成與正常尿道相似的結(jié)構(gòu)和功能。

3CST在膀胱修復(fù)中的應(yīng)用

膀胱腫瘤、創(chuàng)傷、感染等疾病可引起膀胱功能喪失、容量減少。在膀胱部分切除或全切術(shù)后，膀胱擴大或重建新膀胱通常需要使用部分胃腸道以改善患者的生活質(zhì)量。由于使用胃腸道組織材料可導(dǎo)致額外的手術(shù)創(chuàng)傷、術(shù)后電解質(zhì)失衡、結(jié)石形成、尿路感染、黏液生成和惡性腫瘤發(fā)生等一系列并發(fā)癥，因此組織工程細胞膜片作為一種無支架純細胞材料正在被越來越多的研究用于膀胱重建。單層細胞膜片力學(xué)強度較弱，用于修復(fù)膀胱通暢時需要復(fù)合多層或與其他材料相結(jié)合以增加其力學(xué)強度。此外，若移植前經(jīng)過充分的血管化可增加膜片的存活率。WANG等[24]利用多層脂肪干細胞膜片構(gòu)建了一種生物工程3D膀胱補片，并在大鼠模型中評估了其用于膀胱再生的可行性，研究發(fā)現(xiàn)組織工程膀胱補片可以修復(fù)膀胱功能，促進尿路上皮、平滑肌、神經(jīng)細胞和血管再生。GUO等[25]取平滑肌細胞和內(nèi)皮祖細胞共培養(yǎng)，形成體外預(yù)血管化平滑肌細胞膜片，然后單層多次埋置皮下形成充分血管化的平滑肌組織瓣，最后用于修復(fù)膀胱壁肌肉缺損。該研究證實了預(yù)制地血管化平滑肌組織瓣具有可靠的膀胱重建潛力，為3D組織工程材料血管化提供了新的方法。WATANABE等[26]將比格犬口腔黏膜上皮細胞膜片貼于撕去黏膜的胃壁組織瓣上后進行膀胱重建，3周后取修復(fù)部位組織瓣行免疫組織學(xué)檢查，發(fā)現(xiàn)口腔黏膜上皮細胞膜片均存活，新生上皮分層與口腔黏膜相似。

4CST在急慢性腎損傷（acutekidneyinjury,AKI）中的應(yīng)用

AKI與腎小管壞死、炎癥和血管損傷有關(guān)，發(fā)病率和死亡率很高[27,28]。據(jù)報道，間充質(zhì)干細胞（mes-enchymalstemcells,MSCs）通過分泌促性腺激素、抗凋亡因子、抗炎因子和免疫調(diào)節(jié)因子以旁分泌方式減輕腎損傷[29,30]。PARK等[3]報道了一種使用基因編輯的人臍帶間充質(zhì)干細胞膜片改善大鼠急性腎缺血灌注損傷的方法。與體細胞來源的MSCs相比，臍帶來源MSCs在快速增殖、多次傳代后干性的維持、免疫調(diào)節(jié)功能等方面更具有優(yōu)勢。此外，由于AKI發(fā)生的突然性，損傷后制備自體細胞膜片在短時間內(nèi)通常難以完成。在這種情況下，已經(jīng)進行了預(yù)先質(zhì)量控制可供同種異體移植的臍帶MSCs可立即使用。PARK等[3]通過鋅指核酸酶介導(dǎo)的基因組工程技術(shù)，編輯臍帶MSCs增強血管生成因子和抗炎因子的分泌來治療AKI?；蚓庉嫼蟮哪殠SCs被培養(yǎng)成為細胞膜片，隨后被貼附于脫去脂肪囊的AKI大鼠腎臟表面。結(jié)果表明早期使用細胞膜片療法可以改善腎臟生理功能和組織病理損傷，并且基因組工程化的臍帶MSCs細胞膜片組的治療效果優(yōu)于靜脈內(nèi)注射細胞懸液組。有學(xué)者指出，該治療方法可能涉及包括全身麻醉、開腹、去除腎臟周圍的脂肪組織甚至打開腎包膜、放置細胞膜片、關(guān)腹等過程，可能會進一步加重患者的創(chuàng)傷[31]。因此，在限定的臨床適用范圍內(nèi)，細胞膜片療法可用于計劃性腎移植手術(shù)。腎移植過程本身會引起缺血再灌注損傷，細胞膜片能夠分泌避免繼發(fā)性損傷和免疫調(diào)節(jié)的相關(guān)因子，有望改善移植腎的預(yù)后[32]。腎臟纖維化是由慢性缺血和炎癥以及儲存尿液致腎小管內(nèi)壓力升高引起的[33]。在單側(cè)輸尿管梗阻（unilateralureteralobstruction,UUO）模型中，腎臟缺氧導(dǎo)致腎小管上皮細胞和腎成纖維細胞發(fā)生纖維化反應(yīng)，隨后加重缺氧，并最終導(dǎo)致進行性纖維化[34-38]。研究表明，外源性給予肝細胞生長因子（he-patocytegrowthfactor,HGF）具有腎臟保護作用[39]。HGF參與血管生成和血管舒張從而改善腎臟血流供應(yīng)，還可以通過阻斷轉(zhuǎn)化生長因子-β（transform-inggrowthfactor-beta,TGF-β）信號通路來防止成纖維細胞增殖而抑制纖維化[40-45]。由于肝臟的滅活與消除作用，靜脈用HGF半衰期約5min，最后僅有少量的藥物作用于腎臟[46]。MASATOSHI等[4]首先報道將持續(xù)分泌HGF的細胞膜片貼附在腎臟上，用來治療輸尿管梗阻導(dǎo)致的腎纖維化。研究者將HGF質(zhì)粒轉(zhuǎn)染的胸膜間皮細胞膜片移植到UUO大鼠腎臟上，結(jié)果表明細胞膜片在體內(nèi)可以持續(xù)分泌HGF長達28d，有效抑制了腎臟纖維化。

5CST在尿失禁治療中的應(yīng)用

壓力性尿失禁（stressurinaryincontinence,SUI）是指在運動和咳嗽等引起腹壓升高的情況下，尿液通過尿道的非自主滲漏。該疾病是一個存在于世界范圍的疾病，影響所有年齡段的患者，常見于女性患者[47,48]。目前，輕中度SUI的治療主要采用盆底肌肉訓(xùn)練、生物反饋訓(xùn)練和藥物等保守療法。嚴重的尿失禁通常需要外科手術(shù)干預(yù)，主要包括注射填充劑、植入吊帶和植入人工尿道括約肌。注射填充劑是SUI的微創(chuàng)治療方法，尤其適合要求低手術(shù)風(fēng)險的老年患者。WANG等[49]利用脂肪干細胞膜片制備了一種脫細胞基質(zhì)碎片填充劑，并證實了其治療SUI的有效性。研究發(fā)現(xiàn)這種新型填充劑1周內(nèi)與周圍組織完全融合，4周后宿主平滑肌細胞已在注射區(qū)域內(nèi)大量再生，形成新的平滑肌組織。研究認為，脫細胞基質(zhì)碎片的結(jié)構(gòu)蛋白和附著因子發(fā)揮了重要作用，是一種具有臨床轉(zhuǎn)化前景的微創(chuàng)治療方法。ZOU等[50]則利用骨髓間充質(zhì)干細胞膜片研制了一種組織工程化吊帶用于治療SD大鼠SUI。研究將40只雌性大鼠隨機分為4組：A組假手術(shù)，其余3組均行雙側(cè)坐骨神經(jīng)近端切斷術(shù)造模，術(shù)后4周測漏點壓力證實為SUI。B組不放置吊帶；C組應(yīng)用真絲吊帶；D組應(yīng)用細胞膜片組織工程吊帶。結(jié)果顯示，4周后，C組和D組漏尿點壓力幾乎達到A組的正常水平。12周后，D組膠原含量和最大拉力優(yōu)于C組。研究者認為在大鼠SUI模型中，細胞膜片組織工程吊帶形成了韌帶樣組織，提示其不但未被吸收降解，反而與宿主完全融合并能夠長期發(fā)揮作用。作者認為先前的研究將骨髓間充質(zhì)干細胞懸液直接接種在材料表面或水凝膠中，會導(dǎo)致細胞大量損失、不易存活。因此，將細胞接種在大孔或致密支架上形成細胞膜片再保留完整細胞外基質(zhì)和細胞因子，還可以增加力學(xué)強度，卷曲折疊制成吊帶后治療SUI具有長期療效。

6結(jié)語與展望

綜上所述，細胞膜片是一項在組織工程修復(fù)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景的技術(shù)。細胞膜片無需酶消化，可以直接收獲具有自分泌細胞外基質(zhì)的多層細胞薄片，完整地保存離子通道、細胞因子感受器和細胞因子受體等成分，有利于細胞活性的保持并減少移植后細胞的損失及凋亡，已在臨床多個學(xué)科中成功應(yīng)用。雖然細胞膜片在尿道與膀胱的修復(fù)中有大量的臨床前研究，但是尚未進一步開展臨床試驗。截至目前，尚未檢索到利用細胞膜片修復(fù)輸尿管的研究報道。細胞膜片療法用于治療急慢性腎損傷的適應(yīng)證范圍及利弊仍然需要探討與權(quán)衡。細胞膜片用于治療尿失禁是一個新興的研究方向，展現(xiàn)出良好的臨床應(yīng)用前景。此外，在細胞膜片應(yīng)用于臨床之后即將面臨細胞膜片較長的培養(yǎng)周期與擇期手術(shù)的矛盾以及產(chǎn)業(yè)化問題，將來如何妥善保存成熟的細胞膜片，做到隨取隨用也是一項充滿挑戰(zhàn)的研究方向。

作者：張東亮 單位：上海市第一人民醫(yī)院