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组织工程角膜基质替代物在猫模型中的应用:生物相容性、超微结构与功能评估

摘要
组织工程角膜基质(TE-stroma)作为一种替代眼库人类角膜的方案,在克服传统层状角膜移植局限性方面展现了良好的前景。本研究的目的是评估异种和同种组织工程角膜基质移植物在猫模型中的体内功能性、超微结构和生物相容性。通过细胞自组装法,利用人类和猫角膜基质细胞成功构建了六层结构的角膜基质替代物,并将其移植到猫眼内进行评估。实验结果表明,组织工程角膜基质在体内表现出了较好的透明度、生物相容性,并且未出现免疫排斥反应。

研究方法
本研究使用了健康的猫作为实验模型。首先从正常角膜中分离并培养人类和猫角膜基质细胞,通过自组装方法构建了六层组织工程角膜基质替代物。随后,选取八只健康猫,每只猫在一只眼中植入了两片角膜基质移植物,另一只眼作为对照。术后4个月,采用裂隙灯检查、眼内压测量和活体光学相干断层扫描(OCT)进行跟踪评估,并通过组织学分析及透射电子显微镜(TEM)进一步观察移植物的超微结构。

结果
本研究共完成了16次角膜基质移植。术后第一天,移植基质的透明度评分为3.3±0.4(0分为完全不透明,4分为完全透明),到第37天,透明度评分提高至3.9±0.2,接近正常角膜的透明度。所有眼睛在术后第1天出现了轻微的眼内炎症(细胞和闪光现象),但这些症状在第10天完全消失。随着水肿的吸收,移植基质的厚度有所减小,第3天为44.5±8 µm,第114天降至31.4±5 µm。

在整个实验过程中,眼内压保持稳定,术前为11.8±3.6 mmHg,术后为11.7±3.0 mmHg。此外,移植基质没有引起角膜血管的生长,角膜内皮细胞数目保持稳定,术前为2506±77 cells/mm²,术后为2482±70 cells/mm²。组织学检查结果显示,移植基质与宿主角膜完美结合,角膜上皮、基质和内皮层未受干扰。TEM结果进一步验证了移植基质中角膜基质细胞形态正常,并且数量较多,未见明显的炎症细胞浸润。移植基质中的胶原纤维间隙在术前因水肿而为33.55±7.21 nm,但术后4个月恢复至25.90±4.68 nm,排列规律,接近正常角膜基质的结构。所有数据均具统计学显著性(p<0.05)。

结论
本研究表明,组织工程角膜基质移植物在猫模型中表现出良好的生物相容性和功能稳定性。经过4个月的随访,移植基质保持透明,未引起内皮层和上皮层的破坏,也未出现免疫排斥现象。这些结果为进一步将组织工程角膜基质应用于临床角膜移植提供了有力的支持。

参考文献:

Tissue-engineered corneal stromal substitutes transplanted in the living feline model: biocompatibility, ultrastructure and performance