华西医院解慧琪团队：可捕获尿源性干细胞的抗体偶联小肠黏膜下层材料，用于促进膀胱修复再生|Bioactive Materials
近期，四川大学华西医院干细胞与组织工程研究室/骨研所解慧琪团队在科爱出版创办的期刊Bioactive Materials上发表文章：该团队开发了一种抗体偶联小肠黏膜下层支架，通过原位特异性捕获尿源性干细胞，加速膀胱缺损区域再上皮化，促进血管形成和平滑肌再生。该材料具有广阔的临床应用前景，为膀胱重建支架的设计和应用提供了新的方法。
01
研究内容简介
膀胱作为重要的储尿和排尿器官，在泌尿系统中发挥着重要作用，但一系列病理原因（外伤、挛缩性膀胱和尿路上皮癌等）会导致膀胱缺损，因而需要进行膀胱重建。随着组织工程和再生医学的发展，基于干细胞和生物材料的组织工程已被用于膀胱的再生重建中。小肠黏膜下层（Small intestinal submucosa，SIS）是一种天然的细胞外基质材料，具有良好的生物相容性和低免疫原性，已广泛应用于尿道、膀胱等泌尿器官的修复重建。
将干细胞直接负载于支架上制备修复补片是一种常用的组织工程再生方法。然而，由于膀胱内环境特殊（PH值、尿液冲刷），直接在支架上负载的干细胞可能会快速死亡，降低治疗效果。因此，利用特异性抗体偶联支架选择性捕获自体细胞用于缺损修复可能是一种有效的膀胱重建方法。尿源性干细胞（Urine-derived stem cells，USCs）来源于泌尿系统，在体内能更好地适应膀胱环境，是膀胱组织再生的理想细胞来源。尿液中的内源性USCs被膀胱修复材料捕获，可为膀胱再生和修复提供丰富的细胞来源。基于上述概念，该团队设计了一种用于膀胱修复再生的干细胞捕获支架(anti-CD29 antibody-conjugated SIS scaffold，AC-SIS)（图1），在体外评价了该支架的生物学性能和USCs捕获能力，并进一步探索其在兔膀胱全层缺损模型中的应用潜能。
图1 AC-SIS支架材料制备及兔膀胱全层缺损修复模型
该研究以SIS为基底材料，根据USCs表面标志物鉴定结果，选取了高表达的标志物CD29抗体与支架材料SIS进行偶联。在体外进行了SEM、水接触角和单轴拉伸等实验评价AC-SIS结构和力学性能。见图2。
图2 AC-SIS材料的制备及材料表征
接下来该团队提取并鉴定USCs，体外诱导培养结果发现USCs具有向尿路上皮和平滑肌分化的能力。见图3。
图3 USCs培养、鉴定及体外多向分化
AC-SIS在静态和动态捕捉模型下均能够有效捕获并富集USCs，且与SIS组相比，AC-SIS可明显促进USCs的粘附和增殖。见图4。
图4 AC-SIS材料体外捕获USCs能力评价
为验证该生物支架材料在膀胱组织工程中的应用潜能，本研究构建了兔膀胱全层缺损模型，并将AC-SIS植入缺损区域以评估其在膀胱修复中的效果。术后8周，AC-SIS组的膀胱厚度和大小最接近正常组织。组织学和免疫荧光染色结果显示，相较于单纯SIS组，AC-SIS可加速膀胱缺损区域再上皮化，显著促进修复区域血管和平滑肌组织的再生。见图5和图6。
图5 兔膀胱全层缺损修复区域大体观察和组织学评价
图6 各组修复区域免疫荧光染色及半定量分析
综上，AC-SIS表现出良好的生物相容性、力学性能及干细胞捕获能力，可促进USCs的黏附和增殖。在兔膀胱全层缺损模型中，AC-SIS可加速膀胱缺损区域再上皮化，促进血管形成和平滑肌再生。该材料具有广阔的临床应用前景，为基于捕获特定干细胞进行组织再生的膀胱重建支架的设计和应用提供了新的方法。
02
论文第一/通讯作者简介
第一作者：宋玉婷
四川大学生物治疗国家重点实验室博士，生物医学工程专业，研究方向：干细胞与组织工程。
第一作者：李艳清
硕士，生物医学工程专业，研究方向：干细胞与组织工程。
第一作者：田茂煊
硕士，四川大学华西医院干细胞与组织工程研究室科研助理，现就职于四川省彭州市人民医院整形外科主治医师，研究方向：干细胞与组织工程。
通讯作者：解慧琪
医学博士，研究员，博士生导师，四川大学华西医院生物治疗国家重点实验室干细胞与组织工程研究室主任，骨科研究所副所长。主要从事细胞外基质材料与组织再生修复研究及产品转化、成体干细胞与组织工程学研究，作为项目负责人主持完成30余项国家及省部级科研项目，以第一/通讯作者发表论文80余篇。密切联系临床实际，专注研发具有自主知识产权的组织再生修复产品，以第一发明人申请国家发明专利30余项，授权20余项，PCT专利2项。研究团队将研究成果成功进行产业转化，已有5项生物材料与组织工程产品获得国家Ⅲ类医疗器械产品注册证，已上市用于临床惠及数百万患者。目前尚有5个产品正在进行临床试验。
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资助信息
上述研究得到了国家自然科学基金(32171351、31771065)；国家重点研发计划(2017YFC1104702)以及四川大学华西医院“1.3.5”项目(ZYJC18002)等支持。
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原文信息
Yu-Ting Song#, Yan-Qing Li#, Mao-Xuan Tian#, Jun-Gen Hu, Xiu-Ru Zhang, Peng-Cheng Liu, Xiu-Zhen Zhang, Qing-Yi Zhang, Li Zhou, Long-Mei Zhao, Jesse Li-Ling, Hui-Qi Xie*.
Application of antibody-conjugated small intestine submucosa to capture urine-derived stem cells for bladder repair in a rabbit model.
Bioactive Materials, 14 (2021) 443-455.
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Bioactive Materials是一本高质量英文期刊，目前已经被SCIE、PubMed Central、Scopus、Embase收录。同时本刊还入选了2019年中国科技期刊卓越行动计划--“高起点新刊”项目。
2022年Bioactive Materials 获得影响因子16.874 ，在Materials Science，Biomaterials领域排名第一。
位于《2021年中国科学院文献情报中心期刊分区表》1区，TOP期刊。
CiteScore 2021: 14.3。