一，其核心是模拟体内组织发生的环境，在体外培养细胞，构建由细胞和生物材料组成的、具有特定功能的三维工程化组织。骨髓间充质干细胞因为其具有来源于自体，具有多向分化的潜能等优点，被视作理想的种子细胞。对于良好的种子细胞需要复合良好的载体材料、支架结构，进而形成组织结构。目前用于组织工程的材料有天然材料和人工合成大分子材料。天然材料来源于生物体，能保证足够的细胞亲和性和组织亲和性，并能最终降解为多糖或氨基酸并被机体吸收，是组织工程支架材料发展的一个重要方向。它们的缺点是力学性能差，难于满足组织构建的一些要求。利用天然可降解高分子材料，与具有一定力学强度的无毒、可降解的合成分子材料复合，有望制备出更理想的支架材料。心肌组织工程的构建可以分为在体内或在体外两种不同的方法，目前研究多集中于后者，体内构建的报道很少。尽管在这一领域的研究仍然存在着许多问题，但它的研究前景是广阔的。2目的就心肌组织工程的研究方法、构建方法、心肌组织工程的现状与未来作一综述，为心肌组织工程的进一步研究提供理论依据。

3资料和方法

3.1文献检索

检索人相关情况：第一作者。

检索文献时限：1990-01/2008-08。

检索数据库：PubMed数据库和中国期刊全文数据库。

检索关键词：Heart failure,Cardiac myocytesTissue engineering，心肌，组织工程，生物材料。检索文献类型：检索的文献包括临床、基础研究文章。检索文献量：339篇。

3.2检索方法

纳入标准：①选取针对性强，相关度高的文献。②对同一领域的文献选择近期发表或权威杂志的文献。排除标准：重复研究和Meta分析类文章。文献质量评价：2篇涉及心肌再生的治疗[1-2]，1篇涉及组织工程学[3]，5篇涉及心肌组织工程研究的基本方法[4-8]，11篇涉及种子细胞[9-19]，5篇涉及支架材料[20-24]，3篇涉及心肌组织工程的体外构建[25-27]，1篇涉及目前研究存在的问题[28]，1篇涉及心肌组织工程的再血管化[29]，3篇涉及代写论文可注射支架[30-32]，3篇涉及自体心肌移植[33-35]。4文献证据综合提炼4.1心肌组织工程研究的基本方法组织工程学是研究、开发、修复和改善损伤组织和功能的生物替代物的一门科学[3]。其发展方向就是制备出功能日益完善的各种组织器官的生物替代物。心肌组织工程的发展涉及以下多个领域：发育生物学、心肌细胞生物学和材料科学。一般来说，心肌组织工程的研究方法主要有两个：细胞心肌成形术和三维工程化心肌组织的移植。近十几年，这两方面的研究发展十分迅速。

20世纪50年代晚期，有学者将新鲜分离的鸡胚心肌细胞置于连续旋转的锥形瓶中培养，可以形成一个球形细胞团。结果显示，在这样的培养条件下，所得到的细胞团比一般二维培养的单层心肌细胞在功能上更接近于正常的心肌组织。20世纪80年代晚期，有学者为解决分化的骨骼肌细胞从培养皿表面分离（骨骼肌细胞与心肌细胞具有相似的收缩特性）的问题，将新鲜的液态Ⅰ型胶原覆盖于细胞上以施加一定的负荷，从而使骨骼肌细胞的分化状态得到改善。在用于体外靶标检测和评估的心肌模型研究中，出现了一种心肌组织工程方法，即将心肌细胞接种在胶原凝胶中，置于两条尼龙搭扣覆盖的玻璃柱之间，玻璃柱保持固定距离，置于一矩形孔穴中。这样，心肌细胞生成可自发收缩的方形双凹心肌组织块，两端附着于尼龙搭扣覆盖的玻璃柱上，如果将玻璃柱连接到机械传感器上，就可测量其收缩力[4]。同时，还存在两类不同的心肌组织工程方法。其中一个与材料学关系密切，可被视为经典的心肌组织工程方法。1999年，Carrier等[5]利用聚乙醇酸作为支架，在生物反应器中进行体外培养。2000年，Leor等[6]设计制造出藻酸盐支架，将胚胎大鼠心肌细胞接种于其中，然后将其移植到大鼠心脏上。此外，2002年构建出环状工程化心肌组织，这种环状组织可使拉伸刺激在组织内各部分的机械力分布比较均匀，因而比以前的方形设计能更好地促进组织形成[7]。2004年，Radisic等[8]采用多种方法，将悬浮于细胞外基质中的新生大鼠心肌细胞接种于预先制作好的胶原海绵支架中，在体外培养过程中，予以电刺激。经过上述处理得到的工程化心肌组织在组织形态、收缩能力及分子标记物的表达上均优于未经刺激所得到的样本。

4.2心肌组织工程的构建方法

种子细胞：理想的“种子”细胞应该具有以下特点。①易于获取、培养及扩增。②没有免疫原性。③可以在体内或体外分化为成熟的有功能的心肌细胞。④能促进新血管生成。

胎幼心肌细胞：胎幼心肌细胞研究最早最广泛，被认为是目前干细胞研究领域的一个重要方面。Soonpa等[9]最早将胎幼心肌细胞移植到鼠的心肌。Scorsin等[10]将胎幼心肌细胞注射到心肌梗死模型鼠的左心室心肌，研究表明有50%的鼠的梗死边缘区有被注射的心肌细胞。胎幼心肌细胞移植能改善左心室功能，提高射血分数和心输出量。但胎幼心肌细胞作为种子细胞受到至少两个方面的限制:一是胎幼心肌细胞的来源，包括由于胎幼心肌细胞来源带来的伦理和法律问题;二是作为一种异体细胞移植而带来的免疫排斥问题。

心脏自体细胞：心脏自体细胞移植有更大潜力达到移植心肌与自体心肌的同步收缩，在体外也有构建心肌组织的报道，Akhyari等[11]结果表明在体外心肌细胞具有重建复杂三维心肌组织的能力，但通过这种方法所获得的心肌细胞肌丝排列紊乱，在体外无收缩能力。另外在实践中也很难获得用于培养的组织，难以获得充分的心肌细胞。胚胎干细胞：胚胎干细胞的来源不受限制，具有无限扩张能力，而且已证实了具有心肌分化潜能，但它来源于异体，与受体具有免疫排斥性，而且具有致瘤性，另外人类胚胎干细胞的移植还涉及伦理方面的问题。骨髓间充质干细胞：骨髓间充质干细胞具有多向分化潜能，在一定的诱导条件下，能分化为成骨细胞、肌腱细胞、脂肪细胞、成纤维细胞、内皮细胞、神经细胞和心肌细胞。

大量研究表明人骨髓间充质干细胞在适宜条件下也可向心肌细胞分化，除此之外，它还能分化成血管内皮细胞、血管平滑肌细胞等，对心肌细胞起着重要的支持作用[12]。Rangappa等[13]应用人骨髓间充质干细胞和人心肌细胞在体外共培养，结果表明人骨髓间充质干细胞向心肌细胞分化，有收缩蛋白和心肌特异基因的表达。Xu等[14]成功地进行了成人骨髓间充质干细胞的体外培养及向心肌细胞的诱导分化。苑媛等[15]报道，血管紧张素Ⅱ在体外可能经细胞外信号调节激酶通路诱导人骨髓间充质干细胞向心肌样细胞分化。动物实验显示，对实验动物的心脏梗死区移植经5-氮杂胞苷诱导的骨髓间充质干细胞，1个月后，骨髓间充质干细胞能在心肌梗死后心力衰竭的心肌及疤痕中存活并向心肌细胞分化，且改善受体的心功能[16]。骨髓间充质干细胞具有以下特点：①来源于自体，无免疫源性。②取材损伤小，仅行骨髓穿刺就可获得。③来源充足，可反复取材。④扩张能力强。⑤培养要求低，容易推广普及。⑥植入体内后无致瘤性，更重要的是文献支持，诱导方案明确(5-氮杂胞甘是目前诱导骨髓间充质干细胞分化为心肌细胞的惟一有效的化学制剂)。此外，骨髓间充质干细胞还具有免疫调节能力[17-18]，这种能力已在骨髓移植物抗宿主病中得以证实[19]。因此，骨髓间充质干细胞是心肌组织工程中前景广阔的细胞来源。支架材料：生物材料是细胞附着的基本框架和代谢场所，其形态和功能直接影响所构成的组织形态和功能。目前用于心肌组织工程的生物材料很多，大体上分为两类：天然材料和合成材料。天然材料主要有胶原、珊瑚、氨基葡聚糖、硫酸软骨素、纤维蛋白凝胶等。在天然材料中，胶原被广泛用于各类组织工程中，胶原具有良好的生物相容性、可降解性和可塑性，能被细胞中的酶识别，并能为生长的组织提供一定的空间，能够刺激细胞合成新的胶原蛋白，所以被广泛用作组织工程化人体组织再造的支架材料。合成材料较多，例如透明质烷[20]、聚亚安酯、聚羟乙酸、聚乳酸、聚羟基丁酸戊酯以及聚乳酸和聚羟乙酸的共聚物[20]和藻酸盐等[22]，而通过美国食品及药物管理局认证的只有聚羟乙酸、聚乳酸及其共聚物。目前国内外在组织工程研究领域也主要采用可降解的聚酯类聚合物作为再造各类人体组织的细胞支架材料[23-24]。体外构建方式：体外构建由种子细胞和支架材料所组成的复合体是心肌组织工程的核心。目前，心肌组织工程的体外构建主要包括以下几种方式：①直接在人工或天然材料上种植。②在可溶解的基质材料中培养。③叠加单层细胞，形成心肌样组织。

近几年，心肌组织工程的体外构建方式又得到了进一步的发展。Mironov等[25]提出了“组织打印”的概念。他们设计了一种特殊装置，在计算机辅助控制下，能以种子细胞为“墨水”，从喷头“喷墨打印”在固化、层层叠加的温度反应性明胶的“打印纸”上，构建工程组织。有研究提出了“细胞定型”的概念。他们在支架基质上包覆小牛血清白蛋白形成非黏附表面，再用微打印技术将层黏连蛋白打印在非黏附表面形成5~50μm的黏连巷道。细胞种植后，由于受生长空间的限制，细胞形态发生改变，形成了与巷道平行的杆形细胞，显示出了显著的类似闰盘的细胞连接。日本的研究人员还发明了一种不依靠支架材料提供支持的新方法：Shimizu等[26]将乳鼠心肌细胞培养于薄层的温度敏感聚合物聚异丙基丙烯酰胺上。当温度降低时，聚合物发生的变化使细胞层与材料表面整层分离，研究人员叠加了4层心肌细胞并将再造心肌片层移植到裸鼠背部皮下，结果显示这些心肌片层可以存活并且可以生长很长一段时间[27]。4.3心肌组织工程的现状与未来心肌组织工程的研究已取得了很大的成绩，但仍然存在着以下几个问题[28]：①缺乏合适的大量可供使用的种子细胞。②三维环境中心肌细胞的生存率较低。③三维化心肌的厚度和大小尚不能满足实际需要。④工程化心肌缺乏合适的动力。⑤如何改善组织工程化心肌的营养和氧供。⑥多数实验没有考虑免疫排斥问题。⑦多数合成的生物材料无法承受左心室的巨大应力。

工程化心肌组织的再血管化：为了提高体内移植的生存率，工程化心肌组织必须具备促进血运再生的能力。血管增生的程度取决于移植细胞方式和宿主细胞释放到工程化组织微环境的起调节作用分子。近年来研究人员正在积极采用研制有利于血管网形成的新型弹性支架材料以及在构建组织中复合促血管生成的生长因子、血管内皮细胞等措施来促进再造心肌血管化[29]。可注射支架：尽管当前心肌组织工程中大部分都是围绕可移植的支架展开的，但是，许多利用细胞或基因运输来修复梗死心肌的策略正在朝向基于导管的方法发展。可注射支架提供了一个基质支持，在支架里细胞得以保留和迁移，新的血管也得以生长[30]。Christman等[31]于2004年对纤维蛋白胶的作用进行了研究，证明它可以作为一种可注射的支架材料，而这种生物活性的纤维蛋白支架内也可以发生血管生成。最近，Kofidis等[32]显示将小鼠胚胎干细胞种植在液态的基质胶创建了液态人工生物组织。将混有细胞的液态基质胶注射到路易斯大鼠心脏模型的心肌梗死区域，结果损伤修复，没有几何结构的变化。

自体心肌移植：在过去的5年中，已经在不同的动物种类中成功建立了通过核转移产生自体母细胞及由早期胚胎产生自体胚胎干细胞系的技术[33-34]，最近在人类身上也建立了这种技术[35]。所以，在未来的几年中，由自体胚胎干细胞系制造自体人工心肌并在动物模型中验证其适应能力似乎是很有可能的。另外，鉴于心肌前体细胞的发现，从心肌活组织检查中分离这些前体细胞，扩增并分化成有功能的心肌细胞，然后构建成三维心肌组织，这一方法也是有可能的。

5结论

心肌组织工程化是一个相对年轻并发展迅速的领域，这一领域的研究开展只有十几年的时间，但却引起了国内外众多科学家的重视。目前这方面的研究仍处于起步阶段，有很多问题尚待解决，而这些问题的解决，需要临床心血管病学、工程学、材料学、生物化学等学科的倾力合作，进行更加深入细致的研究，使心肌组织工程在心血管疾病方面的应用越来越广泛。我们有充分的理由相信：工程化心肌组织在不久的将来可作为一种先进的实验模型、一种心肌发展的模型系统、甚至不久之后可作为心肌修复的一种治疗选择而被用于实践。因此，尽管目前心肌组织工程化仍有许多悬而未决的问题，但这些问题必将随着组织工程和相关学科的共同发展而最终解决，心肌组织工程也最终能有效地应用于临床。