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费城儿童医院（CHOP）研究人员主导的一项研究展示了一种全新方法，将脱细胞软骨与患者特异性细胞结合，用于扩张因重度声门下狭窄（subglottic stenosis, SGS）而缩窄的儿科患者气道。该疾病为声带下方、气管上方的气道节段狭窄，每年约有2万名婴幼儿受累。
研究人员在临床前模型中证实，这种全新气道重建方法更快捷、更有效，且可克服当前喉气管重建术（laryngotracheal reconstruction, LTR）标准移植物相关的诸多问题，包括供区并发症、组织量不足、治疗周期延迟等。
宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院助理教授、生物工程与生物材料（Bio²）实验室负责人里卡多·戈塔迪（Riccardo Gottardi）博士，与费城儿童医院耳鼻喉科（ENT）儿科气道疾病中心医疗主任伊恩·雅各布斯（Ian Jacobs）医学博士共同主导了这项研究，相关成果发表于《自然·通讯》，论文题为《利用脱细胞半月板与软骨祖细胞开展气道重建的转化研究方案》。研究团队在论文中表示：“该技术有望彻底革新儿科喉气管重建领域。”
研究人员解释道，重度声门下狭窄几乎仅在儿童气管插管后发生，美国每年入住重症监护室的20余万名婴幼儿中，近1.5%罹患该病。重症患者需接受喉气管重建术，这是一种开放气道手术，通过植入取自肋弓的软骨扩张气道。尽管喉气管重建术已成功治疗数千名声门下狭窄患儿，但多数情况下低龄儿童往往没有足够的肋软骨（连接肋骨与胸骨的软骨）用于制备移植物。
因此手术通常需要推迟，患儿需长期佩戴气管切开套管，直至年龄增长、发育至可提供足够尺寸的软骨以开展有效喉气管重建术，且由于气道存在再次狭窄风险，需要接受后续手术的概率更高。研究团队指出：“成人喉气管重建术成功率为90%，返修率较低，但在儿童群体中成功率显著下降，需接受返修手术的再狭窄发生率升至24%以上。”
为优化治疗流程、降低上述潜在并发症风险，戈塔迪、雅各布斯及其同事一直在探索组织工程化喉气管移植物。研究团队写道，组织工程可提供“自体软骨移植物的理想替代方案，既能够减少不必要的合并症，还可缩短手术时间”。但气管的结构复杂性导致常规软骨工程技术无法应用于该术式。
戈塔迪表示：“我们需要的材料需与天然软骨性能相当，可与周围组织良好整合，患者耐受性佳，与原生组织功能一致，可随生长重塑并成为气道的组成部分。由于低龄患儿体型极小且仍处于生长发育阶段，挑战更大，因此这需要大量创新性思路。”
为克服现有方法的局限性，由戈塔迪实验室前成员保罗·格雷特（Paul Gehret）博士带领的研究团队，基于猪半月板软骨脱细胞技术（MEND，MENiscus Decellularization）开发了首款此类支架。研究人员发现，若将半月板中存在的细胞、弹性蛋白和血管“消化”去除，所得半月板软骨既能够支持再细胞化与组织整合，同时引发免疫应答的概率极低。研究人员在论文中解释：“基于既往脱细胞疗法的优势，我们建立了一种创新方案，利用酶解法选择性去除半月板弹性软骨中特有的弹性蛋白纤维与血管，构建微通道，既支持细胞浸润，又可最大程度保留天然组织结构。”
研究人员使用可分化为产软骨软骨细胞的耳源软骨祖细胞（ear-derived cartilage progenitor cells, eCPCs）证实，去除弹性蛋白与血管后的MEND支架可实现再细胞化，且可在不到1个月的时间内满足植入要求。研究团队指出：“值得注意的是，本研究中使用的猪半月板是来源极其丰富的软骨资源，作为食品工业的废弃物极易获取，可确保外科医生有充足的材料制备理想的植入体，不存在原料短缺问题。”
尤为重要的是，这种新方法需符合临床相关时间窗要求。在临床实际场景中，临床医生通常仅有1~2个月的时间窗开展手术，方可使患者获益。数天内完成种子细胞提取、3~4周内完成支架制备，所需时间远短于工程化软骨通常需要的6个月。研究人员表示：“本研究证实，MEND支架可在3天内完成耳源软骨祖细胞的完全再细胞化，经软骨向分化3周后即可达到符合植入要求的结构与功能成熟度，该时间窗与临床转化需求兼容。”
研究团队在临床前兔体内模型中验证了该技术的有效性，证实其性能优于现行标准治疗方案所用的肋软骨，且无不良事件报告。研究团队表示：“我们的研究结果显示，术后3个月可见气道扩张、移植物再上皮化、新生软骨形成，且与周围原生喉气管软骨整合良好。值得注意的是，MEND植入体在所有结局指标上的表现均优于现行标准治疗所用的自体肋软骨。”
这些研究结果将在向重度声门下狭窄患者推广该术式前接受进一步验证。研究人员总结道：“这些结果证实了我们的转化型组织工程方案用于喉气管重建的可行性，可克服儿科患者自体移植物相关的局限性，减少有创返修手术的需求。”
雅各布斯表示：“这项研究获得了非常有前景的数据，表明这种全新方案可克服我们为婴儿开展喉气管重建术时有时会遇到的自体移植物相关局限性。随着研究进一步推进，我们预计该技术可减少有创手术需求，未来还有望将其应用于其他需要软骨移植物的疾病。”