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天然生物材料促进间充质干细胞成脂分化的研究进展

【摘要】组织工程通过干细胞、支架材料及生长因子三要素实现组织修复和再生。

诱导间充质干细胞(MSCs)成脂分化并构建工程化脂肪组织，是整形外科领

域修复软组织缺损的新思路。天然生物材料表现出类似细胞外基质的理化性质，

够促进干细胞的增殖及分化，是组织工程适宜的支架材料。该文总结了脱细胞

基质、细胞外基质衍生物、有丝素蛋白、海藻酸盐、壳聚糖和细菌纤维素等天然

生物材料的特性，对其诱导MSCs成脂分化的相关研究进行了综述，为后续研

究的材料选择提供思路。

【关键词】组织工程学；天然生物材料；间充质干细胞；成脂分化；脂肪组织工

程

整形外科所追求的目标是修复人体组织不可逆损伤、恢复缺损部位组织及其

生理功，以及再塑造人体形态，这些目标的实现离不开组织再生。间充质干细

胞(mesenchyma1stemcells,MSCs)具有低免疫原

性、旁分泌或自分泌功和多向分化力3大特性，因而成为组织再生工程的种

子细胞。20世纪70年代，Friedenstein等［1］首次从人骨髓

中发现MSCs。目前，MSCs已被广泛研究并应用于再生医学，包括肌肉骨

骼系统［2■3］、神经系统［4］、心肌［5］和皮肤［6］等。在整形外科

领域，通过诱导MSCs成脂分化构建的工程化脂肪组织可作为良好的天然填充

物，修复先天性畸形、外伤和肿瘤切除后引起的软组织缺损。支架材料为MSC

s的增殖和分化提供微环境以及一定的生物刺激，利于MSCs发挥其促进组织

再生的功。既往研究发现，缺乏支架材料时MSCs在体内的长期保留率和分

化率极低［7］。因而，支架材料的物理和化学性质在细胞成活、增殖中起着至

关重要的作用，是组织工程成功与否的关键因素之一。本文对天然生物材料促进

MSCs成脂分化的相关研究进行了综述，为后续研究的材料选择提供思路。

一、天然生物材料

天然生物材料广泛应用于组织工程中，宏观上可将其分为2大类：（1）哺

乳动物细胞外基质（extracellularmatrix,ECM）来

源的化合物；（2）非哺乳类生物（如植物、细菌等）提取物成分。天然生物材

料相较于人工合成材料有着较好的组织相容性和较低的炎症反应，够融入或模

拟天然生理微环境，在体内有适宜的降解速率。近年来随着组织工程的发展，选

择天然生物材料制备组织工程支架成为趋势，不同的天然生物材料间交联或天然

生物材料与人工合成聚合物交联形成复合生物支架材料，提升了支架的机械性、

生物相容性等特性。

二、哺乳动物来源的天然生物材料

哺乳动物来源的天然生物材料是ECM的衍生物或提取物，其由纯化的蛋白

质、多糖或糖蛋白组成，或是将整个ECM提取后进行脱细胞处理。此类材料有

良好的组织相容性和可降解性，但分离、提纯比较复杂。在脂肪组织工程领域，

天然生物材料可分为组织脱细胞基质（decellularizedext

race11u1armatrix,dECM）,以及ECM衍生物（如胶

原、纤维蛋白、透明质酸和明胶等）。

（一）dECM

dECM从ECM中提取，去除其细胞成分，保留其复杂的天然基质微环境。

dECM制备方案总体分为2类：（1）由器官或组织ECM进行脱细胞处理后

获得，这是dECM传统的制备方案。(2)从体外培养细胞中提取沉积的EC

M,进行脱细胞处理。脱细胞方法可分为3类：(1)物理方法，包括冻融循环、

超声破碎法等［8・9］,主要通过破坏细胞膜释放细胞内物质进行脱细胞。物

理方法更好地保留了ECM中胶原蛋白、多糖、转化生长因子B和血管生成因子

等成分，但改变了ECM的机械性和胶原蛋白构象［10■12］。(2)化

学方法，通过化学试剂破坏组织中NA与蛋白质、脂质与蛋白质和脂质之间的

连接以去除组织中细胞成分，常用的试剂有TritonX-100、脱氧胆酸

钠和十二烷基硫酸钠。化学试剂脱细胞效率高，但对ECM组成成分的影响较大,

并使材料安全性降低［8,13］o(3)酶脱细胞方法，常用的酶类主要包括

NA酶和RNA酶，二者够不影响蛋白质并裂解细胞核酸成分［14］。完

整的脱细胞