细胞膜功能特性原因 干细胞表面工程化促进梗死心肌再血管化的研究

本文关键词：干细胞表面工程化促进梗死心肌再血管化的研究出处：《第三军医大学》2017年博士论文论文类型：学位论文

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【摘要】：心血管疾病是影响人群健康的严重疾病,给患者、家庭及社会带来沉重的经济及精神负担。目前,全世界每年有1700万人死于心血管疾病,其中有一半以上死于心肌梗死。近10年来,我国心肌梗死的发病率持续上升,已接近国际平均水平。2014年,我国成立“心梗救治日”,确定每年11月20日为“中国1120心梗救治日”。心肌梗死是由于冠状动脉痉挛、粥样斑块出血及/或破溃、血栓形成等引起的心肌缺血性疾病。心肌梗死区域血管新生情况是影响心脏功能预后的重要因素。所以如何改善梗死心肌组织血供状况成为心肌梗死的研究热点。目前促进心肌梗死组织再血管化的研究主要集中在干细胞移植和促进血管新生分子两种方式。虽然内皮祖细胞等干细胞可以分化为内皮细胞或旁分泌从而有效地促进心梗区域再血管化进程,但是由于心肌梗死组织免疫炎症性微环境的病理生理学特点,导致较低的干细胞存活率和再血管化的障碍。目前,如何改善心肌梗死组织微环境成为促进内皮祖细胞等干细胞移植的重点。大量的研究揭示VEGF是最著名和最显著的促血管新生的生物分子,VEGF通过与内皮细胞高亲和力受体(酪氨酸激酶受体Flk-1和fms样酪氨酸激酶受体Flt-1)结合促进内皮细胞增殖从而实现血管新生。

但是,由于血液中VEGF的半衰期较短(约几分钟),静脉使用VEGF不能有效改善心梗后的心功能和血管新生。当增加静脉使用VEGF剂量,虽然实验动物显示可以轻微改善心功能,可也同时带来了严重的不良反应(肿瘤,糖尿病性视网膜病变,类风湿性关节炎和动脉粥样硬化的风险)。如何实现VEGF心梗区域的靶向递送成为研究梗死心肌再血管化的重要问题,同时也是解决冠状动脉粥样硬化性心脏病药物靶向递送系统的工程难题。药物递送系统开发需要满足以下几个条件:1)较好的生物相容性和安全性;2)临床使用方便易行;3)较高的靶向递送效率;4)较高的载药率;5)良好的药物活性保护。我们从心肌梗死的生理病理学特点出发,筛选体内具有梗死心肌靶向特点的体内固有结构。心肌梗死后最显著的病理生理学特点是缺血性无菌性炎症,炎症细胞渗出和干细胞富集归巢是心肌梗死组织一个明显特点。SDF-1/CXCR4轴在间充质干细胞趋化,归巢到梗死心肌中起着重要作用。SDF-1由缺血心肌内的细胞分泌并控制MSC的募集。MSC通过其表面上的CXCR4与SDF-1结合,沿着SDF-1浓度梯度定向迁移到梗死心肌组织。由于MSC源自骨髓,它们具有良好的生物相容性,所以我们提出基于间充质干细胞归巢特性的VEGF递送系统。

如何利用干细胞的归巢特性携带VEGF等生物分子递送梗死心肌成为重要的科学问题。以往的研究主要通过VEGF基因修饰干细胞或者干细胞内携带VEGF纳米粒子的方式,但是这些方式有可能影响干细胞的生物活性、归巢性、生物安全性。我们提出“干细胞表面工程化的方式负载递送VEGF”的方式来规避对干细胞的影响,实现VEGF的靶向递送,促进梗死心肌再血管化进程。干细胞表面工程化是根据间充质干细胞膜表面特点进行表面接枝的工程手段。干细胞细胞膜表面的特点有1)磷脂双分子层所具有的细胞膜表面负电荷层;2)细胞膜磷脂双分子具有的亲脂性特性;3)细胞膜表面具有的生物分子(糖被和蛋白类)。根据干细胞表面特点可以将间充质干细胞表面工程化分为:1)正负电荷聚电解质的层层自组装;2)亲疏水性的自组装方式;3)根据抗原抗体反应的接枝方式;4)根据表面特点进行适配子方式的偶联接枝方式;5)使用化学方式的化学交联接枝方式。第3,4种方式具有免疫原性的问题和第5种方式具有较差的生物相容性问题。为了减少对干细胞的影响和较好的生物相容性,所以采用前两种方式。我们选择使用疏水性接枝和静电相互作用的方式负载VEGF构建细胞膜工程化的心肌梗死药物递送系统。