生物3D打印載細(xì)胞微球治療外周血管疾病初探

來源： EngineeringForLife

外周血管疾病是一類由血管閉塞為主要病因的缺血性疾病，其中下肢重度缺血最為嚴(yán)重，在我國每年有近20萬患者面臨著低位截肢的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量并造成巨大經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。下肢重度缺血主要累及下肢遠(yuǎn)端動(dòng)脈，病變往往呈節(jié)段性彌漫性的狹窄或阻塞，傳統(tǒng)血管成型術(shù)及介入治療對于遠(yuǎn)端血管閉塞療效不明顯，故亟需探索行之有效的干預(yù)方法以達(dá)到促進(jìn)患者肢體缺血后血管再生和恢復(fù)血液灌注的目的。

最新臨床研究結(jié)果表明，1）促血管新生細(xì)胞因子治療和2）細(xì)胞移植治療是下肢重度缺血中兩種最具應(yīng)用潛力的治療手段：遞送促血管新生細(xì)胞因子至缺血灶可有效促進(jìn)血管新生，改善局部血供；細(xì)胞移植則直接將內(nèi)皮細(xì)胞或干細(xì)胞移植至缺血部位，并促其增殖、分化進(jìn)而發(fā)揮其治療作用。但目前研究結(jié)果顯示，這兩種方法均存在一定程度的缺陷——促血管新生細(xì)胞因子易失活、半衰期短、價(jià)格昂貴；而細(xì)胞移植治療存在移植細(xì)胞被受體免疫細(xì)胞大量殺傷、至腫瘤性等缺陷，難以廣泛應(yīng)用。因此，這些缺陷已成為限制其臨床應(yīng)用的瓶頸問題。

是否有可能結(jié)合這兩種治療手段的優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)出將穩(wěn)定釋放促血管新生細(xì)胞因子的細(xì)胞移植入體內(nèi)并免疫豁免的新方法？有沒有可能將這一過程標(biāo)準(zhǔn)化、量產(chǎn)化從而使之具有廣泛應(yīng)用的潛能？近期，浙江大學(xué)附屬第二醫(yī)院項(xiàng)美香教授課題組和賀永教授課題組合作，通過生物3D打印功能化的載細(xì)胞微球，將穩(wěn)定過表達(dá)釋放促血管新生細(xì)胞因子VEGF-A的HEK293T細(xì)胞包裹至直徑200-600微米的微球內(nèi)，并將其用于在體下肢缺血治療（如圖一）。

圖一 載細(xì)胞微球3D打印流程

我們進(jìn)一步檢測不同尺度微球中細(xì)胞存活曲線，發(fā)現(xiàn)直徑500微米的微球具有良好的營養(yǎng)物質(zhì)傳輸能力，能最大程度維持細(xì)胞生存；并利用ELISA證實(shí)，載細(xì)胞微球在體內(nèi)、體外培養(yǎng)中具有穩(wěn)定控制VEGF-A釋放的能力，說明移植細(xì)胞已在體內(nèi)成為穩(wěn)定生產(chǎn)、釋放VEGF-A的“細(xì)胞因子工廠”。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證實(shí)，鈣交聯(lián)-海藻酸鈉分子網(wǎng)絡(luò)孔徑小于炎癥細(xì)胞直徑，既能有效阻止移植細(xì)胞逃逸，又能抑制受體免疫細(xì)胞浸潤殺傷移植細(xì)胞，為微球內(nèi)細(xì)胞提供免疫豁免的微環(huán)境，極大地提高了移植細(xì)胞的生存能力（圖二）。

圖二 3D打印不同尺度載細(xì)胞微球，并在體/離體檢測VEGF-A釋放曲線

為探究載細(xì)胞微粒的臨床應(yīng)用價(jià)值，我們建立小鼠下肢缺血模型并移植VEGF-A載細(xì)胞微粒，發(fā)現(xiàn)相較對照組，移植了載VEGF過表達(dá)細(xì)胞微球的小鼠下肢缺血壞死癥狀得到顯著改善，大幅縮短肢體功能恢復(fù)時(shí)間 （圖三），而遠(yuǎn)期生存觀察未發(fā)現(xiàn)治療組小鼠出現(xiàn)肝/腎功能損害、體重減輕、腫瘤發(fā)生等不良反應(yīng)，證實(shí)該療法安全有效。

圖三 載VEGF過表達(dá)細(xì)胞微球移植在小鼠下肢缺血疾病中的療效

相關(guān)論文“Cell-modified bioprinted microspheres for vascular regeneration”已被《Materials Science and Engineering: C》在線刊登。沈健博士、季永麗博士及謝明君博士為共同一作，劉震杰副主任醫(yī)師、賀永教授、項(xiàng)美香教授為通訊作者。