基本信息
- 项目名称：
- 表皮干细胞构建组织工程角膜
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 该项目是用取自皮肤的表皮干细胞，接种到取自人胎盘的羊膜制成的支架上，在特定的条件下培养成的。可用于临床上因为角膜损伤而导致的视力下降甚至失明等患者的治疗。它解决了目前临床上角膜移植手术的两大难题：角膜来源不足；免疫排斥反应。具有广阔的应用前景！
- 详细介绍：
- 该项技术首次以无血清无饲养层体系扩增表皮干细胞、以人羊膜为载体负载表皮干细胞构建组织工程角膜上皮，采用组织学、免疫化学和基因芯片等技术相结合，系统研究表皮干细胞和组织工程角膜上皮的组织学、免疫化学和基因表达等特征，筛选优化无血清无饲养层培养体系和构建组织工程角膜等先进技术，前期以山羊为实验动物制作角膜缘干细胞缺损眼表模型，进行基于表皮干细胞的组织工程角膜移植，成功恢复或部分恢复模型动物视力，观察期内修复并重建模型动物眼表有效率达80%。为组织工程化角膜上皮的构建和人类临床角膜缘干细胞缺失致盲疾病的治疗，积累了资料和奠定了技术基础。目前该项项目已获国家发明专利3项。（ZL 2004 1 0025938.5；ZL 2006 1 0041977.3；ZL 2004 1 0026031.0）
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 据研究表明，角膜盲居全球致盲性眼病的首位，2001年WHO统计：世界上约有角膜病和眼外伤致盲者1000万人。因为人体角膜的来源十分有限和异体移植时会有免疫排斥等因素的制约，并且我国每年捐献角膜人数仅6000例左右，但能进行的同种异体角膜移植仅3000例左右。因此寻求可用于人体移植的组织工程化角膜, 满足患者需求, 成为迫切需要解决的医学问题。自体角膜干细胞羊膜植片移植重建受损角膜，虽有成功报道，但对SJS（史蒂文斯-约翰逊综合征）和OCP（眼表瘢痕化天疱疮）常导致患者两侧的眼角膜受损，自体角膜上皮干细胞移植则无法进行。因此，进行以自体其它组织干细胞替代角膜缘干细胞构建组织工程角膜上皮的研究，将为解决这一难题开辟新的途径。 创新点及技术关键： 1）首次以无血清无饲养层体系扩增表皮干细胞、构建组织工程角膜。 2）首次将人表皮干细胞作为种子细胞构建组织工程角膜，并进行动物病理模型移植实验。所制做的表皮干细胞羊膜植片经透射电镜观察，表皮干细胞分为5-6层细胞。基底层细胞呈柱状为祖细胞特征，细胞形态正常。细胞间有桥粒结构，细胞与基底膜之间有半桥粒结构，表明表皮干细胞羊膜植片具有正常角膜上皮的相似结构。经动物模型实验有效率达80%。 主要技术指标： 1）建立人表皮干细胞系3～5株，人转基因表皮干细胞2～3株。 2）人羊膜负载人表皮干细胞构建组织工程角膜成功率达90～95%。 3）表皮干细胞重建角膜缘干细胞缺损眼表成功或部分成功率达80%。
科学性、先进性
- 科学性： 1）表皮干细胞与角膜缘干细胞有相同的胚胎学起源，在一定条件下可以相互转化。 2）成体干细胞可塑性现象为本研究提供实验支持。 3）成体皮肤组织中存在与胚胎干细胞相似分化潜能的干细胞。 先进性： 根据角膜干细胞理论指导治疗角膜缘干细胞缺损，是通过移植角膜缘干细胞来重建角膜上皮，主要有自体角膜缘干细胞移植，同种异体角膜缘干细胞移植，培养自体角膜缘干细胞移植三种方案。然而，前两种方法仍面临以下难题：1. 自体移植时供体组织不足。2. 异体移植时会有免疫排斥，术后需使用免疫抑制剂减弱免疫排斥反应及炎症反应。长期免疫抑制剂的使用会引发机体的并发症，严重影响病人生活质量。自体角膜缘干细胞培养后移植不仅解决了自体干细胞来源不足的问题，而且避免了同种异体间移植后的排斥反应。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- ⑴皮肤是人体最大的器官，有最丰富的干细胞来源，以表皮干细胞重建角膜缘干细胞缺损眼表是解决自体移植时供体组织不足和异体移植时的免疫排斥等问题的最佳选择。⑵首次将人表皮干细胞作为种子细胞构建组织工程角膜，并进行动物病理模型移植实验。⑶首次以无血清无饲养层体系扩增表皮干细胞、构建组织工程角膜。（4）表皮干细胞重建角膜缘干细胞缺损眼表的成功将为成体干细胞可塑性研究提供有力的实验证据。 据WHO统计：世界上约有角膜病和眼外伤致盲者1000万人。在我国角膜盲约占双眼盲患者15.38％，约有150万角膜盲患者。每年世界至少需要角膜2,000万个，我国约需要角膜10万个以上。因为人体角膜的来源十分有限，我国每年能进行的同种异体角膜移植仅3000 例左右。因此寻求可用于人体移植的组织工程角膜，成为迫切需要解决的问题。本项目一旦用于人类眼科临床，能给无数因角膜缘干细胞缺失而致盲的患者带来光明，造福人类社会！
同类课题研究水平概述
- 国内外学者进行了口腔粘膜上皮细胞、骨髓间充干细胞（Mesenchymal stem cells, MSC）、表皮干细胞（Epidermal stem cells, EpiSCs）、毛囊干细胞(Hair follicle stem cells )和胚胎干细胞诱导分化为角膜上皮细胞的研究，试图解决这一难题, 这些研究结果表明多种组织干细胞在特定诱导条件下可以转分化为角膜上皮细胞,并促进LSCD眼表修复。 国内有多家研究单位进行用骨髓基质来源的干细胞修复角膜缘干细胞缺损眼表的探索性研究。北京大学干细胞中心报道了以人羊膜为载体负载人骨髓来源的MSC构建组织工程角膜上皮，移植重建大鼠碱烧伤眼表的初步研究结果，他们的研究发现骨髓间充质干细胞移植可抑制术后的炎症反应和新生血管形成。他们的研究没有发现MSC能转化为角膜上皮细胞的证据。但北京大学眼科中心洪晶教授的课题组研究发现MSC在体内外诱导条件下都可以分化为角膜上皮样细胞。这些研究结果提示MSC用于LSCD眼表重建的可行性,皮肤是人体最大的器官，有最丰富的干细胞来源，课题组的前期研究显示以EpiSCs重建LSCD眼表是解决上述难题的最佳选择。在国内，黄冰等首次报道利用皮肤干细胞的横向分化重建角膜上皮的初步研究，随后金岩等报道了类似的实验研究。他们以兔角膜基质/猪角膜基质负载兔皮肤/表皮干细胞构建组织工程角膜，移植重建LSCD模型兔眼表，观察100天后自体皮肤/表皮干细胞移植组重建角膜基本透明。 日本学者以口腔黏膜上皮细胞构建组织工程角膜上皮重建LSCD眼表的动物模型和临床实验：Nakamura等报道了将兔自体口腔粘膜上皮细胞培养在羊膜上，形成4-5层分化好的细胞，电镜结果显示分化的上皮细胞与正常角膜上皮细胞结构相似，细胞间有较多桥粒，通过半桥粒与基底膜粘附，并表达K3角蛋白。将其移植于患眼，术后10天上皮化并保持透明，提示该技术可用于LSCD眼表重建。Nishida等报道了包含自体口腔粘膜上皮的无载体细胞片技术, 成功地重建双眼严重异常的病人眼表。在1周内角膜上皮化完成，平均随访14月4个病人的眼角膜表面保持透明。
