人工肿瘤微环境引导的脾脏内异种肝组织的构建和功能研究

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肝脏疾病是全世界范围内造成死亡的主要疾病之一。临床上末期肝病的治疗方法往往只有肝移植。肝细胞移植和应用组织工程方法在体内构建肝组织被认为是肝移植的重要替代方法。大量的研究证明,在体内构建有功能的肝组织不仅需要高质量的肝细胞和克服移植排斥反应,而且需要细胞外基质(ECM)支持肝细胞的粘附生存,还需要充足的血管来运输营养和废物。实体瘤的组成成分和正常器官类似,并且其发展的许多方面与器官发育和组织重塑相近,因此实体瘤可以被看作是一种异常的器官。实体瘤往往有丰富的基质和血管,并且处于免疫抑制状态,这些特征可能有助于在体内构建肝组织。  在本论文的研究中,我们开发了脾脏移位手术来方便对脾脏的持续改造,并对该手术的安全性和手术对脾脏的影响进行了评估。接下来,我们探究了脾内注射S180实体瘤匀浆的可溶成分(STH)对脾脏的影响。对STH改造脾的初步研究发现,经过STH脾内注射,脾脏发生剧烈改变,包括脾脏的体积增大,脾重增加,红髓和白髓结构被破坏,基质富集,淋巴细胞密度减少,基因表达改变等。进一步的研究表明,STH脾内注射导致脾脏中活化的成纤维细胞和胶原含量上升,并且活化的成纤维细胞和胶原空间分布发生改变。STH脾内注射导致的基质富集最终造成脾脏变硬。STH脾内注射使脾脏血管更加丰富,血管密度增加。经过流式细胞术发现,经过STH注射,脾脏中基质细胞普遍增加,B细胞和T细胞明显减少。STH注射还能造成脾脏中抑炎因子含量上升。  在接下来的研究中探究了STH改造的脾脏对异种肝细胞移植的排斥反应的抑制效果。STH脾内注射4次后进行人HepG2肝细胞移植。研究表明STH改造过的脾脏能抑制HepG2细胞移植的急性排斥反应。同时,有数据显示这可能是一种短期的抑制效果。于是对持续重复的STH注射能否维持抑制移植排斥反应的能力进行进一步的研究。结果发现,在30天的时间里,持续的STH注射可以维持脾脏对HepG2肝细胞移植排斥反应的抑制能力。  前面的研究证明,STH改造使脾脏基质富集并导致血管更加丰富,还可以抑制人肝细胞系HepG2移植排斥反应。接下来,对STH改造脾进行肝细胞系移植是否造成了脾脏肝化进行了研究。研究表明,多种异种肝细胞系能够在STH改造脾中大量增殖并形成肝组织。这些肝化脾具有部分肝脏的功能,例如人源肝细胞系形成的肝化脾能够表达肝脏脂代谢、糖代谢、氨基酸代谢、合成代谢以及药物代谢的相关基因,并能够合成和分泌人白蛋白,且具有人特异药物代谢的功能。通过建立急性肝衰竭模型,发现肝化脾在小鼠肝损伤时有促凝血的功能和降低血氨的功能。在致死的急性肝衰竭模型中发现经过STH的脾脏改造和肝细胞移植形成的肝化脾帮助小鼠存活了更长的时间。  使用诱导多功能干细胞(iPSC)塑造的组织器官被认为是治疗末期器官功能衰竭和解决供体器官严重短缺问题的曙光。iPSC分化的肝细胞相比肝细胞系有更高的安全性且肝细胞功能更加完整。研究发现,通过对STH改造脾进行了人源iPSC肝细胞(hiPSC-HEP)移植可以使脾脏肝化;hiPSC-HEP肝化脾能够表达肝脏代谢相关基因并且能够合成和分泌人特异白蛋白。  通过STH注射改变脾脏的微环境,使脾脏基质和血管增加并处于免疫抑制状态;再通过异种肝细胞系移植或者正常的肝细胞移植构建有功能肝组织,可能帮助解决肝组织工程的供体细胞短缺、体内移植的排斥反应、基质和血管不足等问题。通过STH改造和功能细胞移植在体内构建有功能的组织,可能是一个构建工程化功能组织的新思路。
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