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臨床上超過40種疾病可損傷呼吸道，影響人體呼吸功能。據BritishLungFoundation報告，呼吸系統疾病對人體的危害僅次于心血管系統疾病。氣道可因外傷、感染、腫瘤等損傷［1］，需行氣管切除和重建。然而，當環形切除或缺損超過6cm端－端吻合不能很好地修復氣管，則需植入氣管移植材料以達重建目的。氣管移植的方法包括人工氣管替代、自體組織再造氣管、同種異體氣管重建、組織工程再建氣管。本文就組織工程在氣管外科的基礎研究進展作一綜述。

1組織工程氣管的結構構建進展

組織結構是氣管功能的基礎。近年來，組織工程氣管的結構構建已從單純的二維結構軟骨板逐漸向三維立體結構方向發展。

1．1種子細胞的新選擇構建氣管的種子細胞一般以鼻軟骨、肋軟骨、耳廓軟骨［2－7］等透明軟骨為主，但上述軟骨的取材困難，其他細胞來源特別是成體干細胞成為組織工程氣管種子細胞的新選擇。Naito等［8］在大鼠體內利用成纖維細胞構建管型組織，同時誘導間充質干細胞形成環狀組織加強穩定性，具有良好的成骨和生物力學性能。Zhang等［9］以TGF-1誘導并擴增骨髓基質細胞，構建出圓柱狀氣管樣軟骨。Macchiarini等［10］利用人上皮細胞和間充質干細胞來源的軟骨細胞構建組織工程氣管替代治療終末期支氣管軟化，效果明顯。Liu等［11］利用TGF-β誘導骨髓間充質干細胞聚集體在體外生成軟骨細胞，并使之形成管狀組織工程軟骨。Kim等［12］用自體皮膚上皮細胞作為種子細胞成功構建了家犬氣管，提示皮膚上皮細胞可能的干細胞特性。

1．2生物支架和生物材料的發展現行組織工程學領域大部分研究均來源于體外二維組織培養，如何構建三維立體結構，是一個亟待解決的難題。在圖式發生等發育學的概念機制尚未完全清楚之前，生物支架和生物材料提供了暫時的解決方案，主要包括生物可降解合成材料如聚羥基乙酸（PGA）、聚乳酸（PLA），天然材料如藻朊酸鹽、膠原，去細胞組織構建的支架如小腸黏膜下層（SIS）、去細胞膀胱黏膜下層（ABS），以及上述材料的復合物。生物支架和生物材料需有一定要求強度，而且必須是多孔結構和存在細胞親和力、生物兼容性，以種植、營養細胞、清除機體廢物等［13］。這對生物支架和生物材料提出了更高要求。Remlinger等［14］將豬的氣管取下，經去細胞處理后植入家犬體內，發現這種水合脫細胞氣管支架在短期內能促進局部特異上皮細胞發生，并能表現很好的生物力學特性。Kobayashi等［15］用螺旋狀聚丙烯支架為牙齦成纖維細胞和脂肪源性干細胞提供支持作用。Kim等［3］利用纖維素－透明質酸復合凝膠成功構建組織工程氣管。Jungebluth等［16］將豬氣管去細胞處理后構建出無免疫原性的氣管支架。Huang等［17］發現包裹SIS的聚丙烯支架可促進缺陷氣管處的上皮再生，并有效降低移植術后并發癥的發生。

1．3生物反應器和組織工程氣管構建的新方法生物反應器在組織工程器官的體外培養具有重要作用，近年來，結合生物反應器的新型設計，涌現出許多新穎的組織工程氣管構建方法。Lin等［18］將軟骨細胞植入聚（ε－己內酯）－Ⅱ型膠原支架并在旋轉型生物反應器培養，發現該法促進細胞增殖，增加了葡萄糖胺聚糖和膠原的含量。Asnaghi等［19］成功構建了一種雙室旋轉生物反應器，旨在促進自體呼吸道上皮細胞和將被誘導分化成軟骨細胞的間充質干細胞的生長、三維結構的成熟和生物力學性能的形成。Tani等［2］以新西蘭白兔的耳軟骨細胞為種子細胞，擴增后環形覆蓋于硅膠管外，置于靜態型和旋轉型生物反應器中培養構建了無支架的圓柱狀軟骨。

2組織工程氣管的功能構建進展

氣管功能的維持，不僅需要軟骨細胞構成的起支持作用的骨架，更需要氣管黏膜上皮細胞以保證氣管的濕潤和清潔。氣管黏膜上皮主要是假復層纖毛柱狀上皮，包括纖毛細胞、Clara細胞、杯狀細胞等。組織工程氣管的一大任務，就是要重新構建上述功能細胞。Sato等［20］用聚（L－乳酸酸鈷－ε－己內酯）覆蓋在生物支架內層以保護膠原層，促進上皮的形成。Kobayashi等［15］將牙齦成纖維細胞和脂肪源性干細胞植入生物支架內，發現兩者的協同作用能很好地形成含杯狀細胞和纖毛細胞的假復層上皮。Kim等［12］發現皮膚上皮細胞能轉化為氣管上皮細胞和軟骨細胞。Kim等［3］用纖維素－透明質酸復合凝膠構建組織工程氣管，顯示有功能的上皮再生，其纖毛細胞的纖毛擺動頻率接近正常氣道黏膜。Nakamura等［21］將生物支架浸泡于骨髓穿刺液和間充質干細胞，與浸泡于外周血中的生物支架相比，觀察到更快的上皮再生和纖毛運動。Huang等［17］利用SIS作為支架，發現SIS能促進纖毛上皮的再生，并有效降低如皮下氣腫等移植術后并發癥的發生。Tada等［22］把一種膠原Vitrigel膜和膠原海綿相結合作為膠原支架，發現其能增強上皮細胞增殖和間充質干細胞的浸潤，形成了纖毛柱狀上皮。Suzuki等［23］的實驗發現，含脂肪來源干細胞生物支架能加速組織工程氣管的上皮形成和血管再生。

3組織工程氣管構建中的營養問題

既往觀點認為，軟骨組織的營養僅靠組織液滲透即可，對血管無過多依賴。但Curcio等［24］發現，種植于支架外層的軟骨細胞會向支架內層遷移，其驅動力考慮是氧分壓梯度。而Tan等［25］在培養介質中加入攜氧藥，發現其能增加組織工程氣管上皮的氧分壓，促進上皮細胞代謝，還有可能促進血管的生成。這是否意味著缺氧會出現軟骨支架結構的混亂，而氧氣或血管存在時組織工程氣管是否能更好的形成？

4組織工程學在氣管外科的研究、應用展望

近3年的文獻顯示組織工程學在氣管外科的研究取得了極大進展。從研究層面上看，已從單純的種子細胞、生物材料研究，提升到大動物體內甚至是人體的組織構建研究；在研究目標上，也從單純追求與正常組織結構的相似性，逐步發展到重視構建組織的功能完整性的水平。我們有理由相信，組織工程學在氣管外科的研究、應用有著十分光明的前景。