摘要
胶原蛋白IV和整合素Alpha 2接合对于形成能够粘液间隙的分化的气道上皮至关重要体外,但在免疫塑料份额下移植的前血管状支架未能保持分化的上皮https://bit.ly/2wt9xk5.
自1966年Kefalides[1].胶原蛋白IV是许多器官的基底膜的主要胶原成分,包括肺和气管。它是一种形成上皮和内皮细胞的网络形成胶原蛋白,在组织隔室之间的形成屏障中是一种至关重要的作用[2,3.].成熟的IV型胶原蛋白是一种异质三聚体,由6条已知的IV型胶原蛋白α链中的2条或3条组成,这些α链越来越被认为是组织和器官特异性的。整合素α2是一种已知的细胞受体,通过与不同的结合伙伴的相互作用,附着于胶原IV,影响细胞粘附,迁移和极性[4].
在这一期的欧洲呼吸杂志, Hamilton等.[5探讨ⅳ型胶原、整合素α2等细胞外基质成分和整合素对气道上皮细胞黏附、增殖和黏膜纤毛功能的影响。他们观察到体外,人气道上皮细胞最容易粘附IV型胶原通过整合素α2,但IV型胶原在气管脱细胞后丢失。然后,他们测试了这个新概念,即使用从脱细胞真皮中提取的富含iv型胶原的底物作为初始细胞附着的底物,并测试它是否支持初级基底上皮细胞的形成和分化,进入具有粘液纤毛功能的呼吸粘膜层。然后,他们将这一层附着在预血管化的脱细胞气管上,并使用气液界面培养系统、鸡绒毛膜尿囊膜(CAM)试验、异位兔气道移植模型和NOD SCID小鼠皮下移植来测试这两步方法的可行性。重要的是,他们在动物模型中测试了他们的结构,这些动物模型使用了临床相关的免疫抑制机制,如他克莫司(常用于异体器官移植)和地塞米松(一种消炎药)。初步体外数据很有希望,他们证明这些复杂的支架的递送是可行的在活的有机体内上皮细胞会在短期内保留下来。然而,最终,使用这种方法呼吸上皮不能长期存活。
均在细胞和生长的生物衍生和制造的支架上播种体外已被探索为移植而产生气道或肺组织[6].虽然已经进行了去细胞和再细胞气道以及合成气道的临床移植,但临床结果很差,患者生存率低[7].最近,通过详细的临床病例报告,对生物工程上呼吸道领域面临的重大临床挑战有了实质性的见解[8].开发临床前测定和在活的有机体内可以用来预测和更好地模拟临床结果的模型已经被知道是该领域中一个重要但具有挑战性的领域[9].
尽管存在争议,气道组织工程领域在过去的几年里已经取得了重大的成就,发展了临床级的方法来生成供移植的气道。已开发出分离和扩大细胞数量所需的方法,以覆盖用于移植的生物工程上呼吸道表面积[10],以及描述促进上皮祖细胞移植方法的研究[11].此外,完整的气管和大型气道移植物存活的完整血管网络的重要性得到了公认的识别[12],也有鼓励血管化的创新技术[13,14].虽然已经描述了多种方案用于脱细胞大型气道和肺组织,但特异性ECM组分的功能作用,包括蛋白质,蛋白质聚糖和糖胺聚糖,尚未完全理解[15].目前还不知道产生功能性大气道或肺组织的最佳起始ECM组合,但最近的研究比较了来自健康动物或人类的支架相对那些来自老年或患病来源的人表明,生物工程呼吸道和肺的ECM组成将在初始细胞行为和临床结果中发挥重要作用。已发现老年和患病肺与健康肺相比具有不同的蛋白质谱,并显着调节细胞行为[6,16,17].H的研究amilton等.[5,特别是CAM检测和在活的有机体内动物模型,可以用来帮助评估ECM成分的最佳组合,这是设计呼吸黏膜层所需的,可以长期生存和功能在活的有机体内.
如H所示amilton等.[5, IV型胶原蛋白是生物工程呼吸粘膜层的一种有前途的候选材料,它为上皮细胞附着和分化提供初始支持,但目前尚不清楚这种ECM成分的多少和哪种组合对生物工程呼吸粘膜层是最优的。以前的一些研究已经描述了用于脱细胞的洗涤剂对IV型胶原蛋白在肺和小气道中的滞留的影响[18,19].大多数研究评估了胶原蛋白IV丰富的存在通过用质谱蛋白质组学鉴定肽[20.,考虑到胶原蛋白溶解的挑战,这可能很难解释。一些报告表明,使用洗涤剂脱细胞会导致IV型胶原蛋白的普遍损失[21,而其他研究发现,大多数通常用于生成脱细胞肺和气道支架的洗涤剂会不同程度地诱导胶原IV溶解性的降解和变化[18].然而,以往的研究大多集中在大块组织水平的IV型胶原和其他蛋白质的保留和完整性。Hamilton等.[5[发现他们从兔子身上制造脱细胞气管移植物的方案在细胞去除、主要结构的维持和低DNA含量方面符合脱细胞结构的标准,但同时发现明显的IV型胶原蛋白损失。随后,他们观察到人气道上皮细胞与这些脱细胞气管的低粘附性。作者使用了一种富含iv型胶原蛋白的底物,这种底物来自于使用无洗涤剂的无细胞真皮。由于脱细胞真皮不具备用于气道组织工程的机械强度,它们将该基质附着到脱细胞气管上。虽然这是一种创新的方法,但如果两层不能充分地相互结合,这一两步方法可能会引入其他主要问题,如分层。在正确的解剖位置保存正确的ECM蛋白的脱细胞方法的鉴定和验证对于未来的脱细胞和气道工程策略是必要的。另外,将特定的ECM组分添加回脱细胞结构的方法可能是后续研究中探索的有趣方法。
除脱细胞ECM外,为气道组织工程设计的合成、天然或混合材料仍然是一个可行的选择,但需要广泛优化[6].由h的工作amilton等.[5表明,含有IV型胶原蛋白或肽序列的支架可以促进与整合素(如整合素α2)的结合,是未来很有前景的选择。这些支架可以进一步设计,以包括其他信号信号,包括生长因子的释放,或机械特性的区域控制,以模拟那些工程呼吸黏膜层所需的。还有许多悬而未决的问题有待探索,例如,还需要哪些其他ECM组件,数量多少,哪种类型的信号提示,以及所需的机械性能是什么。
H提出的另一个关键问题amilton等.[5]是分化细胞层的移植相对只有细胞的基底层。移植分化的气道上皮细胞可以更快地恢复组织功能,但当异位移植到NOD SCID小鼠背部时,分化的上皮细胞会随着时间的推移而消失[5].这可能是由于在异位位置的上皮细胞缺乏极性信号。另外,最近的研究表明基底干细胞亚群(粘膜下腺细胞(Krt5+/Krt14+)和基底干细胞(p63+/Krt5+)的缺失与肺移植失败相关,临床和雪貂移植模型中也使用免疫抑制机制[22].免疫反应的特征,包括浸润细胞在维持成熟气道上皮细胞和基底干细胞亚群中的作用,是移植生物学(包括工程组织)需要考虑的一个重要方面。此外,未来的研究将对识别分化的气道上皮细胞是否能保持其分化表型至关重要。在原位位置出现的其他线索,如由空气运动或远端至近端粘液纤毛清除引起的剪切应力,可能有助于多细胞上皮的保留。另一方面,由于未分化的基底干细胞不需要分化,因此移植可以更简单、更快地进行移植体外,但目前尚不清楚移植的基础干细胞是否会随着时间的推移分化为多层上皮细胞在活的有机体内[11].克服这一挑战的一种潜在可能性是,设计一种包含时空信号线索的支架来指导基底干细胞的分化,或者,在移植分化上皮的情况下,随着时间的推移,工作来维持多层上皮。
除了在初始支架中定义关键部件之外,已知完整的血管网络对于长期移植功能至关重要[12- - - - - -14].为了达到这个目的,Hamilton等.[5]通过将脱细胞兔气管移植到胸外侧肌瓣中4周,首次形成了一个预血管化的气管层。然后,他们将工程的、分化的呼吸黏膜层移植到这个预血管化的气管层上,目的是更快地移植融合和功能。5天后,他们观察到呼吸道黏膜层血管长入的组织学证据,但上皮层由于细胞死亡或两层融合不强而丧失[5].未来的研究,研究化学附着或粘合两个组织层,或稀释剂上皮接枝层的附着有助于克服这种潜在的障碍。
总之,Hamilton等.[5通过将胶原蛋白IV鉴定为上皮细胞附着的支架中的键起起点,将气道组织工程领域移动了几步更接近临床现实。他们进一步建立了临界方法,以在预血管化的气道支架上移植到兔子兔成兔子中的分化分化的透气性上皮。重要的是,他们使用了它们建立了坚实的临床前工作流程体外凸轮检测和在活的有机体内可用于评估潜在组织工程上呼吸道移植的动物模型。未来仍有许多值得探索的重点,如外科技术,包括支架植入方法,以及免疫抑制机制在上皮细胞维持和分化中的作用。由h的工作amilton等.[5]给出了一个新的视角识别关键组件工程功能的航空公司开始,但也强调了需要进一步的研究来获得知识如何保持成熟的上皮细胞移植后将接近建立移植领域,生物工程航空公司可以随着时间的函数。
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脚注
利益冲突:D.E.瓦格纳报告在研究期间从Knut Och Alice Wallenbergs Criftelse报告;来自Boehringer Ingelheim的个人费用,在提交的工作之外;并拥有待定的专利WO2014169111A1。
利益冲突:小米。de Santis没有披露。
支持声明:KNUT和ALICE WALLENBERG基金会,LUND大学和地区SKÅNE的医学教师承认慷慨的财务支持(D.E.WAGNER)。本文的资金信息已存入Crossref资助者注册表.
- 已收到2020年4月11日。
- 接受2020年4月11日。
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