以甲殼素為基底之自癒合水膠應用於肝纖維化的回復

Abstract

" 肝纖維化 (Liver fibrosis) 為肝臟經過長期慢性損傷，使其不斷刺激細胞外基質 (Extracellular matrix, ECM) 的增生且持續堆積而導致的病變，當肝纖維化持續惡化時最終會發展為肝硬化 (Liver cirrhosis)，患者容易因肝衰竭、門脈高壓、肝性腦病等併發症而導致死亡。目前醫學上針對肝硬化有效的治療手段僅有肝臟移植而已，因此，如何在肝纖維化發展階段及早進行有效的治療便成為了避免形成肝硬化的重要議題。 CPDP 自癒合水膠是由 Chitosan-phenol (CP), Difunctionalized PEG (DP) 形成的擁有自癒合特性的水膠，在前人的研究中已經證實了 CPDP 自癒合水膠：(1) 良好的自癒合能力及可注射性；(2) 大約 0.5 kPa 與肝臟相仿的硬度；(3) 長達兩周以上的穩定降解時間。在本研究中，我們將包埋肝細胞球之 CPDP 自癒合水膠 (CPDP hydrogel-Hepatoyte spheroids, CHS) 應用於肝纖維化的回復。我們在體外實驗之結果顯示：CHS 能在五天的培養中持續生長，其相對增殖率最後達到原本的兩倍。與作為對照的包埋細胞球之膠原蛋白水膠 (Collagen hydrogel-Hepatocyte spheroids, CoHS) 相比，CHS 在培養第一天擁有顯著較高的肝蛋白合成效率，其尿素合成效率更是保持著非常顯著的高表現，證實了 CPDP 自癒合水膠作為肝細胞球載體的良好適性。另一方面，我們將 CHS 植入經四氯化碳毒化六周的大鼠纖維化肝臟，並觀察其兩周後的回復，此體內實驗之結果顯示：CPDP 自癒合水膠植入肝臟後肝細胞的凋亡有顯著的減緩，其血液 AST 值更顯著回復到一般大鼠的正常值；除此之外，CPDP 自癒合水膠對於肝機能亦有顯著的改善，其血液 Albumin 值經過兩周回復後已達到一般老鼠的正常值，而在 PAS 組織切片染色中也發現其肝醣較沒有植入水膠的肝纖維化大鼠有明顯的增加；最後，在 Picrosirius red 組織切片染色的影像分析及肝臟組織 Hydroxyproline 分析中都顯示了植入 CPDP 自癒合水膠後肝臟中細胞外基質有加速分解的趨勢，說明了肝纖維化的病變有明確的改善。另一方面，我們在 H E 組織切片染色中發現了 CPDP 自癒合水膠的植入所引起的免疫聚集現象，而植入 CHS 的肝纖維化大鼠在血液 ALT, AST 值的升高亦暗示了其中包埋的肝細胞球可能已經死亡。然而，我們同時也在植入 CHS 一周後觀察到血液中的 Albumin 較僅植入水膠的組別有所提升，顯示肝細胞球在植入後對肝機能帶來的正面效益，符合我們在體外實驗中所發現的趨勢。 我們在本研究中充分展現了 CPDP 自癒合水膠在抑制細胞凋亡、肝臟合成功能提升以及纖維化肝臟中促進細胞外基質之分解等面向的顯著改善，CPDP 自癒合水膠不但具有讓肝纖維化恢復的功效、亦有作為肝細胞球載體的臨床應用潛力。未來我們將致力於：(1) 透過免疫反應的調控來更加真實、具體的呈現 CPDP 自癒合水膠以及肝細胞球對於肝纖維化回復的影響，並且研究其在肝臟回復過程中所扮演的角色；(2) 透過加入肝臟脫細胞基質 (Decellularized liver matrix, DLM) 來更進一步改善 CPDP 自癒合水膠的微環境 (Microenvironment)。我們相信 CPDP 自癒合水膠於未來肝臟組織工程中的應用能夠有更一步的拓展，充分發揮其作為生醫材料的潛力及價值。 "