仅供医学专业人士阅读参考
点击右上方“关注”，准时接收每日精彩内容推送。
角膜失明是全球视力障碍的一个重要原因。为了治愈这些患者，研究人员一直在研究几种角膜再生方法。生物材料因其生物相容性和促进细胞粘附的能力而受到青睐。各种天然和合成生物材料以及脱细胞角膜已用于角膜伤口愈合。
基于此，来自浙江大学的王征科课题组对于关于多种疾病或损伤引起的角膜再生的生物材料进行了全面而简明的概述，主要介绍过去五年内关于生物材料的研究，包括胶原蛋白、脱细胞角膜、明胶、丝素蛋白和多糖以及几种用于角膜再生的合成聚合物（图1）。相关研究成果以“Biomaterials for Corneal Regeneration”为题于2024年12月31日发表在《Advanced Science》上。
图1 用于角膜再生的生物材料
1.胶原
角膜重量的70%由胶原蛋白组成，胶原蛋白是基质层的主要成分。虽然其他类型的胶原蛋白含量较少，但角膜中最普遍的蛋白质是I型胶原蛋白(Col-I)。因此，胶原蛋白是一种广泛用于构建支架的材料，用于模拟天然角膜的成分。因此，作者首先总结了胶原基生物材料的应用（图2），经过简单改造的胶原基生物材料具有眼科应用潜力，尤其是在角膜组织工程和再生方面。为了将其投入临床应用，还应考虑大规模生产的成本。
图2 胶原基角膜替代物的开发与评估
2.脱细胞角膜
细胞外基质(ECM)含有多种生物分子，包括结构蛋白、糖胺聚糖(GAG)和对组织维护和愈合至关重要的微小分子。脱细胞基质可以保证天然结构和重要成分的保存，从而创造有利于组织修复、再生和恢复的微环境。角膜脱细胞已成为各种方法的研究对象，这些方法大致可分为三类：物理、化学和生物技术。此外，自体和同种异体组织来源非常罕见。因此，异种脱细胞细胞外基质是当前组织修复技术研究的重点，作者对目前脱细胞细胞外基质用作角膜的研究进行了总结（图3）。
图3 基于dECM的角膜替代物的开发和评估
3.明胶
明胶是一种生物相容性好、价格低廉、免疫原性低的材料，在组织工程领域具有众多潜在应用。对于内皮细胞移植，与去端肽胶原片相比，明胶表现出更优异的机械性能、渗透性和透明度。作者在此部分总结了目前明胶基角膜替代物的研究（图4）。明胶成本低、抗原性小、生物相容性好，适合用于角膜再生。然而，其高生物降解性和较差的机械性能限制了它的实用性，因此需要开发复合材料或化学改性。
图4 明胶基角膜替代物的开发与评估
4.丝素蛋白
接着，作者总结了丝素蛋白用于角膜替代物的研究案例（图5）。丝素蛋白(SF)是一种源自蚕的天然生物材料，可通过碱或酶脱胶工艺精制以去除丝胶蛋白。丝素蛋白可单独使用或与其他化合物结合使用，形式多种多样，包括水凝胶、薄膜或多孔支架。
图5 明胶基和SF基角膜替代物的开发
5.多糖
多糖衍生的生物材料作为角膜组织工程的支架系统得到了深入研究。GAG普遍存在于角膜组织的细胞外基质中，是线性多糖。因此，角膜组织工程可以通过使用多糖部分模拟该组织的生物线索。在角膜组织工程领域，多糖因其出色的生物相容性、柔韧性、可加工性和价格实惠而受到青睐，如海藻酸钠、壳聚糖、透明质酸纤维素（图6）。除上述天然聚合物，目前很多合成聚合物也能够用作角膜替代物，典型的如PVA、PCL、PLGA等。
图6 基于多糖的角膜替代物的开发和评估
总的来说，研究人员对角膜组织工程学产生了浓厚的兴趣，因为它可能为再生医学领域带来好处。利用生物材料的眼部组织工程学在临床试验中已显示出良好的效果（表1）。然而，在实现角膜组织工程的广泛临床应用之前，必须解决许多障碍，如透明度、透光率、机械性能等问题。
干细胞、3D打印和具有高度可调特性的生物材料的开发是未来的趋势之一，这些趋势将能够精确控制角膜的形状和结构。另一方面，可以对生物材料的表面进行改性，作为沉积多功能涂层的基质，以抑制抗菌/疤痕形成，或作为固有的药物输送装置。
表1 角膜再生生物材料的应用和特性
了解更多
关注“EngineeringForLife”，了解更多前沿科研资讯
