基本信息
- 项目名称：
- 植入式人工角膜基质及其制备方法
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 角膜盲是我国最主要的致盲眼病之一。目前，我国角膜盲患者有400多万人，且大部分为青壮年。这些患者患病后劳动能力受到严重影响，常给家庭和社会带来沉重负担。角膜移植术是这些患者唯一可靠、有效的治疗手段。但由于社会文化差异及缺乏相应器官移植法律的支持，与欧美国家充沛的角膜供体相比，我国的角膜供体严重匮乏。组织工程角膜替代物是解决这一难题的一个可行的方法。 作为角膜的最主要成分，角膜基质组织占到了角膜厚度的90%。因此，优化人工角膜基质的构建是利用组织工程技术构建全角膜替代物的主要任务、难点和关键所在。本研究制备了一种由自体脂肪干细胞及可降解材料构建的植入式人工角膜基质，克服了传统人工角膜基质的来源有限、易排斥等缺点，为进一步的临场应用奠定了实验基础。
- 详细介绍：
- 本作品属于生物医学工程学研究领域。该项目的主要创新点在于进行了植入式人工角膜基质构建研究，总结出了切实可行的制备方法，为后期的临床应用提供了实验基础。具体创新点如下： (1)种子细胞：自体或异体角膜基质细胞是传统的种子细胞。但是利用自体细胞易对健侧眼造成损伤，且不适用于双眼患者；异体角膜细胞则存在排斥风险。本作品使用的脂肪干细胞是存在于自体脂肪组织中的成体干细胞。由于脂肪组织在生物体内分布广泛，来源充足，取材时对机体创伤较小且不存在排斥风险，患者易于接受，是理想的种子细胞来源。 (2)支架材料及复合方法：传统的支架材料如动物胶原、明胶等存在易诱发排斥反应、生物力学强度较差及体内降解速度难以掌握等缺点。本研究使用的PLGA生物相容性较好，对机体的毒性反应轻；它还具有一定的坚韧性，能耐受体内回植时的机械力作用；降解时间可被调控。 (3)使用方法：本作品在实际应用时只需制作借鉴临床常用的板层角膜移植术进行操作，易于临床医生使用。术后常规抗炎处理，护理方便。
作品图片
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
- 1、作品设计及发明目的：制备一种由自体脂肪干细胞及可降解材料构建的植入式人工角膜基质，为进一步的临床应用奠定实验基础。 2、基本思路：在过去的研究中，我们明确了自体脂肪干细胞(ADSCs)与聚乙酸聚羟基乙酸共聚物(PLGA)复合物具有修复角膜基质缺损的功能。由于需要制定统一而合理的制作规范方能使该人工角膜基质应用于临床。因此，本研究我们进一步明确了它的最优制备方法，并证明了其安全性及可行性。 3、创新点： (1)种子细胞：本作品使用的ADSCs取材于自体脂肪组织。由于脂肪组织在体内分布广泛，来源充足，取材时创伤小且不存在排斥风险，是理想的种子细胞来源。 (2)支架材料及复合方法：本研究使用的PLGA生物相容性较好、毒性低；具有一定的坚韧性，能耐受体内回植时的机械力作用；降解时间可被调控。 (3)使用方法：本作品在实际应用时只需制作借鉴临床常用的板层角膜移植术进行操作，易于临床医生使用。术后常规抗炎处理，护理方便。 4、技术关键及技术指标： (1)制备支架材料：聚乳酸与聚羟基乙酸质量比为65~75比35~25的PLGA较优。 (2)选择最优接种细胞代数及密度：细胞密度为3～5×106 /ml的第4代ADSCs最适于人工角膜基质的构建。 (3)植入式人工角膜基质的制备：二者共培养1周后备用。 (4)植入式人工角膜基质的使用：借鉴常规板层角膜移植技术即可进行操作。术毕常规抗炎处理。
科学性、先进性
- 人工角膜基质构建的核心是模拟机体正常角膜基质组织，在体外建立细胞与生物支架复合体，并将其用于替代机体病变的角膜组织。与现有技术相比，我们具有以下先进性： (1)在种子细胞方面：自体或异体角膜基质细胞是传统的种子细胞。但是利用自体细胞易对健侧眼造成损伤，且不适用于双眼患者；异体角膜细胞则存在排斥风险。本作品使用的脂肪干细胞是存在于自体脂肪组织中的成体干细胞。由于脂肪组织在生物体内分布广泛，来源充足，取材时对机体创伤较小且不存在排斥风险，患者易于接受，是理想的种子细胞来源。 (2)在支架材料及方面：传统的支架材料如动物胶原、明胶等存在易诱发排斥反应、生物力学强度较差及体内降解速度难以掌握等缺点。本研究使用的PLGA生物相容性较好，对机体的毒性反应轻；它还具有一定的坚韧性，能耐受体内回植时的机械力作用；降解时间可被调控。 (3)在使用方法方面：本作品在实际应用时只需制作借鉴临床常用的板层角膜移植术进行操作，易于临床医生使用。术后常规抗炎处理，护理方便。
获奖情况及鉴定结果
- 一、收录论文（第一作者）： (1)IOVS, 2008,49: E-5736. (2)中国组织工程研究与临床康复,2007,11(45):9157-60. (3)中国组织工程研究与临床康复,2008,12(51):10077-80. 二、会议报告： (1)2008年 江苏南京第八届国际眼科学与视光科学会议大会发言;美国眼科学与视光学会(ARVO)年会展板展示。 (2)2009年 德国慕尼黑国际医学物理与生物医学工程联盟大会干细胞专场及组织工程专场大会发言。 三、所获奖励： 美国ARVO协会Travel Grant资助；《中国组织工程研究与临床康复》杂志优秀论文一等奖。
作品所处阶段
- 实验室阶段。
技术转让方式
- 未转让。
作品可展示的形式
- 实物、产品、图纸、图片、样品。
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
- 总体而言，国外组织工程的研究和开发已进入产业化的初级阶段，是一个有活力的、上市前的巨大生物科技行业。目前，在全世界共有上百家组织工程公司，全职员工总数达到2611人，整个组织工程行业的净值大约70亿美元。 我国是一个人口大国。据统计，角膜病是我国最主要的致盲眼病之一，角膜盲给患者造成了巨大的痛苦，目前我国角膜盲患者接近400万人。角膜移植术是目前角膜盲唯一可靠、有效的治疗手段。而由于种种原因，我国角膜移植的器官来源十分有限。组织器官的供应不足为组织工程产业化提供了巨大的市场空间，因此，角膜组织工程研究与产业化开发具有重大的社会经济效益。 本研究以眼科领域发病率高，难度大的人工角膜基质的构建及其制备方法为主要研究对象，进行了基础与初步的动物实验研究。虽然这个植入式人工角膜基质虽然仅构建了角膜的一部分，但由于角膜基质占角膜厚度90%以上，因此，它仍然具有重大的探索价值与临床实际应用意义。
同类课题研究水平概述
- 与国内外同类研究及技术综合比较，本研究在所采用的新技术具有先进性。 ①在种子细胞方面：自体或异体角膜基质细胞仍是国内外应用最为广泛的组织工程角膜基质的种子细胞近期，国内外有研究提示骨髓基质干细胞及皮肤成纤维细胞作为候选细胞具有一定的可行性，但缺乏系统的研究明确其应用方法及技术参数。国外有报道利用人脂肪干细胞用于修复兔角膜基质的报道，但由于是异种移植，临床应用受到限制。本项目率先在国际上开展利用自体脂肪干细胞构建组织工程角膜基质的实验研究，在前期研究的基础上明确了自体脂肪干细胞最合适的接种代数及接种密度，相关研究结果均为首次报道（见附件查新报告）。该细胞具有低排斥性、来源广泛易获得等优点，具有良好的应用前景。 ②在支架材料方面：作为目前组织工程角膜基质主要的支架材料，动物胶原及明胶具有良好的可塑性及透光性在国内外都得到广泛应用。遗憾的是，从动物中提取的胶原虽在组成上与人体胶原相似，但其整体结构在提纯后失去了强度，无法承受手术时所承受的应力作用。作为支架材料，胶原一方面在体内受胶原酶的作用极易降解，另外容易诱发角膜排斥反应，并且胶原与角膜上皮细胞相容性不甚理想。国内有学者利用PGA及壳聚糖大分子作为支架材料，但其降解产物在局部积聚会造成局部PH值下降，使细胞中毒乃至死亡，且缺乏系统研究明确临床应用方法。本研究率先在国际上使用PGA与PLA共聚物作为支架材料，它具有生物相容性好、可调控体内降解时间及具有一定生物力学强度能满足手术需求等优点。本研究不仅探讨了PLGA的制备方法，而且从动物实验对术后组织愈合过程都进行了系统的观察，明确了PLGA作为新型组织工程角膜基质支架材料的可行性、安全性及有效性，因而具有更加光明的应用前景。
