组织工程角膜的研究进展

宫婷婷

摘 要 全球约1000万人因角膜疾病或损伤而致盲，给病人及其家庭带来极大的痛苦，给社会带来了极大的负担。角膜移植是目前治疗角膜盲的主要手段，但是角膜供体组织严重不足，致使很多角膜盲病患重见光明的希望渺茫。近年来兴起的组织工程角膜，即在体外构建组织工程角膜上皮层、组织工程角膜基质层、组织工程角膜内皮层，有望作为捐献角膜的有效替代物，为角膜盲患者带来了光明的希望。

关键词 组织工程角膜上皮层 组织工程角膜基质层 组织工程角膜内皮层

中图分类号：R318.1 文献标识码：A

0简介

组织工程是用种子细胞与生物材料（支架）构建细胞—材料复合物，将该复合物植入机体的组织或器官病损部位，随着生物材料在体内逐渐被降解和吸收，植入的细胞在体内不断增殖并分泌细胞外基质，最终形成相应的组织或器官，从而达到修复创伤和重建功能的目的。目前组织工程的基本原理已经应用到了角膜中，能够产生多种角膜组织替代物，为角膜盲患者带来了光明的希望。本文主要论述了目前角膜组织工程上皮层、角膜组织工程基质层和角膜组织工程内皮层的研究进展。

1组织工程角膜上皮层

角膜上皮层具有屏障和泵的功能，在维持角膜的含水量方面扮演着重要的角色。在体外，通过组织工程的方法，可以构建能够发挥功能的复状上皮层。目前用温敏性的大分子材料以及口腔粘膜上皮构建的组织工程上皮层已经通过了临床的评估。但是，这种技术存在的主要缺陷是可变性高和培养时间长。在已经构建的多种角膜损伤动物模型中（例如，小鼠、兔子和山羊），人的羊膜组织已经被广泛的应用到了角膜组织工程上皮层的重建中，然而组织内和组织间形态、化学以及光学特性的高度可变性限制了其在临床中的使用。虽然将人角膜上皮细胞接种于人类捐献的角膜基质组织上构建的组织工程角膜上皮层，在体外能够表现出天然角膜缘上皮的相似特征，但是角膜组织捐献的匮乏限制了这种角膜的重建。在天然大分子中，重组I型胶原水凝胶能够使接种于其上的人角膜缘的上皮细胞增殖，成为有功能的复状上皮层。此外，胶原水凝胶还被用于组织工程角膜缘隐窝的构建中，通过微接触打印技术在体外产生三维人角膜上皮干细胞壁龛，促进角膜上皮细胞的再生。蚕丝蛋白由于其良好的光学特性、机械特性和加工特性，已被应用到组织工程上皮层的构建当中，构建的蚕丝蛋白膜的表面结构能够在很大程度上促进人角膜上皮细胞的附着、增殖和生长。角蛋白由于其良好的光学性能和对上皮细胞生长的支持能力，也已经应用到了组织工程上皮层的重建中。

2组织工程角膜基质层

角膜基质层的重建具有较高的挑战性，因为其结构复杂，并且对机械性能和透明度要求高。因此，目前对组织工程角膜基质层的研究重点主要集中在化学、形态学和机械性能方面。合成高分子材料现已经被纳入了组织工程角膜基质层构建的探索中。将合成高分子材处理成为微米级和纳米级纤维形式，对体外基质细胞的生长和分化具有指导和促进作用，从而产生正交排列且分层的胶原纤维板层。人角膜基质干细胞能够分化成人角膜基质细胞，将人角膜基质干细胞接种于纤维状聚（酯氨基甲酸乙酯）尿素构建的支架上，发现能够在体外构建二维的组织工程基质板层，但是其光学性能不佳。而合成的高分子聚合物与天然生物材料不仅具有良好的生物相容性，而且具有良好的光学性能。例如，壳多糖、聚乙二醇和聚乳酸复合I型胶原蛋白纳米纤维混合而成的水凝胶膜，比单纯的合成纤维表现出更好的机械性能、光学性能以及生物功能。通过静电纺丝技术，I型胶原蛋白可以合成纳米纤维，该结构能够指导角膜成纤维细胞的生长和增殖。用蚕丝蛋白制成的多孔薄膜，其机械性能和光学性能好，在构建组织工程角膜替代物方面有极大的潜力。另外，用蚕丝蛋白膜和蚕丝蛋白多孔膜构成的双层支架与人角膜缘上皮细胞和间充质干细胞已成功构建出了人的角膜缘。

3组织工程角膜内皮细胞层

组织工程角膜内皮层的构建，其支架材料主要包括I型胶原蛋白、明胶、脱细胞基质、壳聚糖以及硫酸软骨素。将人角膜内皮细胞接种于脱细胞羊膜上构建组织工程人角膜内皮层，在体外构建去除内皮细胞和部分后弹力层的临床模型，将组织工程内皮层移植到临床模型中，发现其能发挥正常的功能，所以可作为角膜内皮替代物。

参考文献

[1] Ruberti，J.W.，Roy，A.S.，and Roberts， C.J. Corneal biomechanics and biomaterials. Annu Rev Biomed Eng 13，269，2011.

[2] Levis， H.J.，Massie，I.，Dziasko，M.A.，Kaasi，A.，and Daniels， J.T.Rapid tissue engineering of biomimetic human corneal limbal crypts with 3D niche architecture.Biomaterials 34，8860，2013.

[3] Nishida，K.，Yamato，M.，Hayashida，Y.，Watanabe，K.，Yamamoto，K.，Adachi，E.，et al. Corneal reconstruction with tissue-engineered cell sheets composed of autologous oral mucosal epithelium. N Engl J Med 351，1187，2004.