维克森林再生医学研究所的研究人员已经达到了重要的里程碑，他们在实验室中设计替代组织以治疗消化系统疾病 - 从出生时过短的婴儿到患有炎症性肠病，结肠癌或大便失禁的成人。

在干细胞转化医学报告中，研究小组验证了实验室培养的肛门括约肌治疗大型大便失禁动物模型的有效性，这是进入人类研究之前的重要一步。上个月在Tissue Engineering，该团队报告成功将人工工程肠道植入啮齿动物中。

“两个项目的结果都很有希望和令人兴奋，”该研究所高级研究员，该研究所再生医学教授Khalil N. Bitar博士说。“我们的目标是利用患者自己的细胞在实验室中设计替代组织，以应对影响消化系统的破坏性条件。”

括约肌项目：实验室设计的括约肌设计用于治疗被动尿失禁，由于粪便无意排出粪便削弱的环状肌肉称为肛门内括约肌。肌肉可能由于年龄而丧失功能，或者在孩子出生和某些类型的手术(例如癌症)期间可能会受损。

目前修复肛门内括约肌的选择包括骨骼肌移植，可注射硅胶材料或植入机械装置，所有这些都具有高并发症率和有限的成功。

“再生医学方法对被动大便失禁患者具有巨大的潜力，”比塔尔说。“这些患者面临尴尬，导致抑郁症的社交活动有限，而且由于他们不愿意报告病情，他们经常在没有帮助的情况下受苦。”

Bitar的团队一直致力于设计替换括约肌超过10年。2011年，该团队首次报告了由植入免疫抑制啮齿动物的人体细胞生物工程化的实验室生长的肛门括约肌。目前的研究涉及20只大便失禁的兔子。8只动物用自己的肌肉和神经细胞工程括约肌治疗，8只动物未接受治疗，4只接受“假”手术。

使用来自动物括约肌和肠组织的小活组织检查来设计括约肌。从该组织中分离平滑肌和神经细胞，然后在实验室中繁殖。在环形模具中，两种类型的细胞被分层以构建括约肌。整个过程大约需要四到六周。

在接受括约肌的动物中，与其他组相比，在整个三个月的随访期间恢复了粪便控制，但没有改善。括约肌压力和张力的测量表明，括约肌是活的和功能性的，并保持肌肉和神经成分。目前，对植入的括约肌的更长时间的跟进接近完成并取得了良好的效果。

肠道项目：肠道项目旨在帮助患有肠道衰竭的患者，即小肠功能失常或太短而无法消化食物和吸收健康所必需的营养素。患者必须通过导管或针头获得营养。这种情况有多种原因。婴儿出生时可能出现缺失或功能失调的小肠。在成人中，由于癌症或其他疾病而切除肠道部分的手术可能导致肠道过短。肠移植是一种选择，但供体组织供不应求，并且该过程具有高死亡率。

“在实验室中建立替代肠组织的一个主要挑战是，它是肠道组织中平滑肌和神经细胞的组合，将消化的食物材料移动通过胃肠道，”Bitar说。

通过大量的试验和努力，他的团队已经学会使用这两种细胞类型来创建预先连接神经的肌肉“床单”。然后将片材包裹在由壳聚糖(一种源自虾壳的天然材料)制成的管状模具周围。该材料已经获得美国食品和药物管理局的批准用于某些应用。

在目前的研究中，管状结构分两个阶段植入大鼠体内。在第一阶段，将管植入网膜，该网膜是下腹部的脂肪组织，持续四周。这种组织含有丰富的氧气，促进了血管向血管的形成。在这个阶段，肌肉细胞开始释放材料，最终在它降解时取代支架。

对于第二阶段，生物工程管状肠与动物的肠连接，类似于肠移植。在这个为期六周的阶段，当身体的上皮细胞迁移到该区域时，这些管形成了细胞衬里。大鼠体重增加，研究表明替代肠道颜色健康，含有消化食物。

研究人员对结果感到兴奋，他们的下一步是测试大型动物的结构。

“我们的研究结果表明，工程化的人体肠道可以为胃肠道疾病患者或因癌症而失去部分肠道的患者提供可行的治疗来延长肠道，”Bitar说。