生物3D打印載細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重，在我國每年有近20萬患者面臨著低位截肢的風險，嚴重影響患者生活質量并造成巨大經濟負擔。下肢重度缺血主要累及下肢遠端動脈，病變往往呈節(jié)段性彌漫性的狹窄或阻塞，傳統(tǒng)血管成型術及介入治療對于遠端血管閉塞療效不明顯，故亟需探索行之有效的干預方法以達到促進患者肢體缺血后血管再生和恢復血液灌注的目的。

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

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

圖一 載細胞微球3D打印流程

我們進一步檢測不同尺度微球中細胞存活曲線，發(fā)現(xiàn)直徑500微米的微球具有良好的營養(yǎng)物質傳輸能力，能最大程度維持細胞生存；并利用ELISA證實，載細胞微球在體內、體外培養(yǎng)中具有穩(wěn)定控制VEGF-A釋放的能力，說明移植細胞已在體內成為穩(wěn)定生產、釋放VEGF-A的“細胞因子工廠”。進一步實驗證實，鈣交聯(lián)-海藻酸鈉分子網絡孔徑小于炎癥細胞直徑，既能有效阻止移植細胞逃逸，又能抑制受體免疫細胞浸潤殺傷移植細胞，為微球內細胞提供免疫豁免的微環(huán)境，極大地提高了移植細胞的生存能力（圖二）。

圖二 3D打印不同尺度載細胞微球，并在體/離體檢測VEGF-A釋放曲線

為探究載細胞微粒的臨床應用價值，我們建立小鼠下肢缺血模型并移植VEGF-A載細胞微粒，發(fā)現(xiàn)相較對照組，移植了載VEGF過表達細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時間 （圖三），而遠期生存觀察未發(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，證實該療法安全有效。

圖三 載VEGF過表達細胞微球移植在小鼠下肢缺血疾病中的療效

相關論文“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、項美香教授為通訊作者。

論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.msec.2020.110896