实验研究
以聚乙二醇水凝胶膜为载体构建的角膜上皮移植片对LSCD治疗的可行性
中华实验眼科杂志, 2022,40(12) : 1125-1133. DOI: 10.3760/cma.j.cn115989-20201125-00794
摘要
目的

探讨聚乙二醇水凝胶膜(PHFs)是否能作为角膜上皮细胞(CECs)体外扩增的载体以及其能否用于角膜缘干细胞缺乏症(LSCD)的治疗。

方法

利用癸二酰氯、聚氧乙基甘油醚、聚已酸内酯二醇人工合成PHFs,检测其厚度、透光度和机械拉伸性能。取清洁级新西兰大白兔4只,培养原代角膜缘上皮细胞,荧光显微镜下观察培养细胞中角蛋白标志物AE1/AE3和干细胞标志物p63的表达;将细胞分为阴性对照组、阳性对照组和PHFs+CECs组,其中将阴性对照组细胞直接种植在培养皿底,加入普通细胞培养液,将阳性对照组细胞种植在培养皿后加入含有100 μmol/L H2O2的普通细胞培养液,将PHF+CECs组细胞种植在铺有PHFs的培养皿中用普通细胞培养液培养,各组培养24 h。采用MTT和TUNEL染色法分别观察3个组细胞增生和细胞凋亡情况。采用随机数字表法将清洁级新西兰大白兔15只分为对照组、PHFs组和PHFs+CECs组,每组5只。其中对照组造模后不给予任何处置;PHFs组将空PHFs膜置于LSCD实验兔角膜表面;PHFs+CECs组为将CECs传代后种植于PHFs上构建组织工程移植片后将移植片置于LSCD兔模型的角膜表面。采用荧光素染色法检测各组实验兔角膜缺损面积大小并评分;采用苏木精-伊红染色法检测各组实验兔角膜上皮组织学特点。

结果

PHFs厚度不超过150 μm,能承受约6 MPa的拉力,在400~700 nm可见光范围内透过率>99%。角膜缘原代培养的大多数细胞AE1/AE3染色和p63染色阳性。MTT实验结果显示,PHFs+CECs组、阴性对照组和阳性对照组A490值分别为0.59±0.01、0.65±0.07和0.06±0.04,总体比较差异有统计学意义(F=12.25,P<0.05),其中PHFs+CECs组和阴性对照组A490值明显大于阳性对照组,差异有统计学意义(均P<0.05)。TUNEL检测结果显示,PHFs+CECs组、阴性对照组和阳性对照组TUNEL阳性细胞率总体比较差异有统计学意义(F=13.45,P<0.05),其中PHFs+CECs组和阴性对照组TUNEL阳性细胞率明显低于阳性对照组,差异均有统计学意义(均P<0.05)。荧光素染色结果显示,随着术后时间的延长,各组角膜荧光素钠染色评分均降低,对照组、PHFs组和PHFs+CECs组角膜荧光素钠染色评分依次降低。苏木精-伊红染色结果显示,对照组存在较少形状不规则的角膜上皮细胞,PHFs组一些区域出现单层稀疏的角膜上皮细胞;PHFs+CECs组角膜上皮覆盖范围最大,细胞层数增加到3~5层,形态较规则,排列较紧密。

结论

PHFs韧性强、透光度高且能够体外扩增角膜上皮,适合做角膜上皮移植片,并能促进LSCD兔模型角膜上皮的修复。

引用本文: 郭译远, 贤惠敏, Shereen Tan, 等.  以聚乙二醇水凝胶膜为载体构建的角膜上皮移植片对LSCD治疗的可行性 [J] . 中华实验眼科杂志, 2022, 40(12) : 1125-1133. DOI: 10.3760/cma.j.cn115989-20201125-00794.
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角膜缘干细胞移植是治疗角膜缘干细胞缺乏症(limbal stem cell deficiency,LSCD)的有效办法,但是由于自体移植取材受限和异体移植排斥反应等问题,移植手术受到较大限制。角膜缘干细胞(limbal stem cells,LSCs)可分化成角膜上皮细胞(corneal epithelial cells,CECs),但手术、外伤、感染等因素损伤LSCs后可引起LSCD,导致角膜完整性和透明性的丧失,最终出现角膜结膜化、血管化等眼表慢性炎症改变[1,2]。目前,LSCs移植手术被认为是恢复LSCs储备、重建眼表结构和治疗LSCD的有效办法。其中,自体角膜缘干细胞移植不存在免疫排斥,移植成功率高,但是仅适合单眼小范围损伤的患者,而且也有因手术操作导致健侧眼出现不可逆损害者。异体角膜缘干细胞移植治疗适合双眼大范围损伤的患者,但存在供体角膜源不足、免疫排斥反应等问题[3]。近年来,随着组织工程学的发展,利用组织工程的方法体外扩增CECs、构建上皮移植片为治疗LSCD提供了新的途径,可以有效解决自体和异体角膜缘干细胞移植的相关问题,为治疗LSCD提供了新途径。载体的正确选择对组织工程的成功具有决定意义,目前常用的CECs载体包括羊膜、丝素蛋白膜、胶原水凝胶、壳聚糖水凝胶等[4,5],这些载体均有透光度较差、供体间差异大、不稳定、机械强度差等缺点[6,7],因此寻找一种合适的CECs组织工程载体势在必行。研究团队前期的实验已经证明,聚乙二醇水凝胶膜(polyethylene glycol hydrogel films,PHFs)作为一种新型扩增载体,具有透光度高、韧性强、免疫排斥反应小、制作成本低、可批量生产等优点[8],推测其可作为载体实现CECs的体外扩增,进而构建工程化角膜上皮,但目前鲜见相关研究报道。本研究拟以PHFs为载体在体外构建工程化角膜上皮移植片并进行LSCD治疗的在体研究,评估该工程化角膜上皮移植片重建眼表结构的可行性,为临床上治疗LSCD提供实验依据。

 
 
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