角膜供体短缺已成为全球性问题，导致许多角膜疾病患者无法及时接受移植治疗。传统的全厚角膜移植依赖供体组织，但供需严重失衡促使研究者寻找替代方法。近年来，层状角膜移植（lamellar transplantation）和组织工程技术的兴起，为解决这一问题提供了全新的可能性。
组织工程化角膜基质（Tissue-Engineered Stromal Grafts, TE-stroma）通过在体外培养角膜基质细胞（角质细胞）生成移植材料，为角膜修复带来了新的希望。本研究旨在评估这种TE-stroma的生物相容性、功能性及其在猫眼模型中的临床应用潜力。
研究方法
1. TE-stroma的构建
通过自组装技术构建角膜基质：
- 使用角质细胞，这些细胞在培养过程中分泌并自组装成六层基质片，形成厚角膜基质。
- 培养周期为28天（猫源细胞）或35天（人源细胞），无需添加外源支架或生物材料。
2. 动物模型与分组
- 选用8只健康成年猫（平均年龄15.4个月），体重2.7至4.7公斤。
- 每只猫的一只眼睛接受移植，另一只眼作为对照。
- 分组：
- 自体移植物：由猫源角质细胞构建；
- 异体移植物：由人源角质细胞构建。
3. 手术与术后管理
- 在角膜上制作300微米深的基质囊袋，分别植入4毫米直径的TE-stroma。
- 手术结束后使用局部抗生素和糖皮质激素滴眼液进行术后护理，持续一个月。
- 手术期间不使用缝合线，以减少术后瘢痕和散光的风险。
4. 临床评估
术后4个月内，通过以下方法对移植物的性能进行评估：
- 显微镜检查：裂隙灯显微镜观察移植物透明度、炎症及血管化情况。
- 光学相干断层扫描（OCT）：测量角膜厚度及移植物的位置。
- 角膜敏感度测试：采用角膜敏感度仪评估角膜感觉神经功能恢复情况。
- 共聚焦显微镜：检测移植物的神经再生情况。
- 免疫荧光与组织学分析：观察移植物的细胞组成、纤维结构及生物整合。
研究结果
1. 临床表现与透明度
- 移植物在术后迅速清晰，平均透明度评分从术后第1天的3.3（轻微透明）上升到第37天的3.9（接近完全透明），并在整个观察期保持稳定。
- 所有移植物均无血管化迹象，且未观察到免疫排斥反应。
2. 神经功能恢复
- 共聚焦显微镜显示移植物内的神经再生活跃，神经纤维分布均匀，与受体组织整合良好。
- 移植物区域的神经密度显著高于对照组，但新生神经较短且分支较少，符合术后早期神经重塑特征。
- 角膜敏感度在术后逐渐恢复至术前水平，未见长期功能缺失。
3. 组织整合与纤维结构
- 组织学分析显示，TE-stroma在移植后形成了与原生角膜基质类似的层状结构。
- 透射电镜观察到移植物的胶原纤维排列更加紧密，纤维间距缩小，更接近天然角膜的超微结构。
- 免疫荧光分析证实移植物中胶原I型和V型的表达水平与受体基质一致，显示其在宿主环境中的适应性。
4. 生物相容性与免疫反应
- 移植物无明显炎症反应，免疫荧光结果显示异体移植物中人源细胞仍然存活。
- 尽管使用了异源细胞，移植物在术后未出现排斥反应，可能得益于角膜的免疫特权特性。
讨论
本研究首次成功验证了TE-stroma在猫眼模型中的生物相容性与功能性。通过体外自组装技术生成的角膜基质在移植后表现出良好的透明度和功能整合能力。移植物透明度的恢复与胶原纤维的规则排列密切相关，而神经再生能力则进一步证明了其生物整合潜力。
研究结果表明，TE-stroma可用作替代性角膜移植物，尤其适用于需要部分层状移植的病例。与传统的合成材料或脱细胞基质相比，TE-stroma在生物相容性和免疫耐受性方面具有显著优势。然而，进一步优化移植物的纤维结构及长期透明性仍是未来研究的重点。
结论
本研究表明，组织工程化角膜基质在动物模型中具有良好的生物相容性、功能性和免疫耐受性。这一技术为角膜移植提供了新的替代方案，并可能应用于层状角膜移植、角膜修复以及其他角膜相关疾病的治疗。未来研究应关注移植物在不同疾病模型中的表现，并探索人类临床转化的可行性。
参考文献：
Pankert, Marie Boulze, et al. “Biocompatibility and functionality of a tissue-engineered living corneal stroma transplanted in the feline eye.” Investigative ophthalmology & visual science 55.10 (2014): 6908-6920.