氣管替代物利用體內天然環境對細胞貼覆生長及支架性能改善，促進移植物血管化，誘導免疫耐受和提高術后生存率有指導意義。內外層壁覆有干細胞和氣道上皮細胞的脫細胞氣管，利用天然生物反應器于體內預培養促組織工程氣管成熟的方法，以實現黏膜的再上皮化、軟骨細胞形成和血管化，在此基礎上進行原位移植，對于長段氣管病損有良好的臨床應用前景。現就組織工程氣管體內構建的意義及研究現狀予以綜述。
引用本文： 潘樞, 孫飛, 史宏燦. 組織工程氣管體內構建的研究進展. 中國胸心血管外科臨床雜志, 2014, 21(4): 527-530. doi: 10.7507/1007-4848.20140149 復制
氣管相關疾病可能是良性(如醫源性、先天性、后天性畸形，創傷、感染引起)，也可能是惡性的，然而成人氣管病變超過氣管總長度的一半(6 cm)，兒童超過1/3，則無法行端端吻合，這一直是氣管手術重建的挑戰[1-2]。由于氣管的解剖和生理特點，組織工程氣管研究面臨一系列難題： (1)由于缺乏明確的血管蒂，難以直接吻合至受體的頸部血管，所以氣管移植物順利的恢復血液供應至關重要，而實驗室動物[3]和人類[4]經體內組織包繞后，可成功地間接再血管化。(2)組織工程氣管必須達到氣道功能的替代，即覆蓋有完整纖毛上皮以保持正常呼吸道功能。(3)雖然體外生物反應器改進了組織工程氣管的體外培養條件，但組織工程氣管軟骨的機械性能仍不同程度低于正常氣管軟骨。因此，再上皮化和血供及選擇合適的支架一直是氣管移植外科亟需解決的問題。
1 上皮細胞
一個有活性的氣管替代物，應具有氣管上皮的功能，尤其是纖毛運輸固體顆粒和液體及清除黏液的能力。如果氣管內腔表面上皮缺失，就將導致痰液潴留、感染、刺激肉芽組織增生，致管腔狹窄，嚴重者將呼吸困難甚至死亡，而上皮細胞的再生也受到免疫反應的影響，所以移植體上皮細胞的良好生長是避免管腔狹窄的關鍵因素之一。Rainer等[5]成功地將氣管上皮細胞種植包埋于鼠大網膜的硅膠管內，10 d后將培養的上皮細胞種植于硅膠管內，4周后電子顯微鏡觀察纖毛柱狀上皮細胞和黏液上皮細胞形成，但未繼續原位移植以進一步比較。Remlinger等[6]將脫細胞豬氣管植入犬體內，發現這種脫細胞支架能在短期內促進局部上皮細胞生長。目前上皮細胞化的研究主要集中在去異體上皮細胞后，再種植自體分離的上皮細胞。國內外鼠氣管移植模型的實驗[7-8]表明，一旦體內移植氣管形成具有受體表型和功能的上皮組織，該段氣管組織便能維持管腔通暢，受體得以長久存活。Dupuit等[9]通過種植人鼻上皮細胞于脫大鼠氣管，并移植至裸鼠皮下1周后，上皮層細胞增殖變為多層，接著上皮逐漸變為具有分泌功能的纖毛柱狀上皮，4~5周后氣管腔覆蓋假復層柱狀上皮。但也有一些氣管體內移植的實驗發生了明顯的管腔狹窄甚至閉塞，而原位移植僅組織水腫及黏膜固有層淋巴細胞浸潤，分析可能是因原位移植的氣管逐漸獲得了受體的上皮細胞，減輕了免疫排斥反應[10]。因此上皮細胞脫落與氣道閉塞有著密切的聯系，如果在移植段上皮細胞脫落的同時能夠有新的上皮細胞再生，便可以在一定程度上限制氣道的閉塞。
2 軟骨細胞
組織工程氣管重建節段缺損失敗的主要原因除了由于缺少上皮導致的粘液阻塞，還有肉芽組織增生過度引起氣道狹窄、軟骨軟化造成氣道塌陷。因此氣道重建中軟骨的功能不可或缺。1994年，Vacanti等[11]將軟骨細胞種植于多聚乙醇酸(PGA)支架上，體外培養1周后包繞在管狀硅膠管并置于裸鼠皮下，4周后形成管狀透明軟骨，經大體觀察與組織學分析與正常牛軟骨相似且能抗壓，接著包繞一層腸衣后代替缺損氣管，實驗的6只動物中有4只可自主呼吸，分析認為氣管腔內缺少纖毛柱狀上皮，呼吸道分泌物排泄困難而窒息，設想如果在其內壁種上纖毛柱狀上皮細胞，是否可恢復清除黏液功能。隨后Kojima等[12]將鼻中隔分離的軟骨細胞種植在PGA板上，接著分別植入實驗動物皮下，8周后組織學檢查可見成熟軟骨周圍包圍著結締組織，具有和自體氣管相似的形態學特點。而王萬鵬等[13]將氣管軟骨細胞和羧乙基殼聚糖-羥基磷灰石(NCECS-HA)泡沫支架復合后植入裸鼠皮下，證實了該組織工程氣管對于兔軟骨細胞有良好的生物相容性。Delaere等[14]利用同種異體氣管軟骨支架治療氣道狹窄患者，認為成熟的軟骨支架包裹在一個密集的膠原-蛋白質-多糖的細胞外基質里而缺乏血管，可不被免疫系統識別。當周圍包圍了良好的血管化受體組織時，完整的軟骨移植物可抗排斥反應，且患者在停止所有的免疫抑制藥物后氣管軟骨的生存良好，也支持這個假說。分析認為患者的免疫排斥是通過受體的周圍血管網和頰黏膜細胞的再引種而緩慢地發生，同時因受到受體前臂組織的營養，形成有活力的軟骨性移植物，使原位氣管移植更安全，該研究表明關節的軟骨同種異體移植物可以抗排斥，因為體液抗體不能穿透完好無損的基質以達到軟骨細胞，而分離的軟骨細胞則具有移植抗原，可以引起排斥反應[14]。
3 氣管替代支架
自上世紀開始，研究人員不斷探索理想的氣道替代物。從合成支架到假體材料再到自體/同種異體組織皮瓣及補片層出不窮[15]，但并不能在臨床應用中收獲滿意的效果，主要缺乏適當的血管形成及內腔的呼吸上皮。當前，氣道替代領域的發展主要在尋求一種適合臨床應用的方法。
3.1 體內同種異體氣管
Rose等[16]報道了第1例同種異體人類氣管體內植于受體胸鎖乳突肌，但未明確指出同種異體移植物遠期的可行性。之后的研究普遍是用大網膜進行包裹以再血管化，由于其血管豐富，促進上皮組織損傷的恢復，富含脂肪和吞噬細胞，易于粘連且有抗感染能力。也有附帶移植氣管周圍的供血組織，如甲狀腺氣管聯合移植。此外，前臂肌肉組織具有豐富的微小血管，為氣管包裹提供了一個良好的環境。Delaere等[14]將同種異體氣管移植物被包裹在受體的前臂筋膜，實現了血管化且黏膜層被受體口腔黏膜逐步替換，在免疫抑制治療停止后，把具有完好血供的氣管成功移植至原位。但同種異體氣管移植仍存在較大難度的主要原因在于：移植物壞死、感染、血管再生障礙等，且供體來源也有限。
3.2 體內自體組織替代氣管
自體游離皮瓣成形替代即運用自體組織結合支架材料制作成與人體氣管相適應的氣管假體。Kato等[17]用自體帶血管蒂、內用硅膠管作支架的食管置于氣管缺損部位進行重建，但食管畢竟缺少結構上的支撐，所以對大范圍的氣管損傷修復無能為力。Martinod等[18]報道了首例將冷凍大動脈移植物用背闊肌皮瓣包裹，并內置鎳鈦合金用于肺癌患者的支氣管移植，在1年的隨訪中，移植物保持完整且無收縮或移位。Maciejewski等[19]重建1例氣管缺損7 cm的患者，將其前臂皮瓣游離卷曲成中空圓腔的形狀，并置入可降解的生物網狀環于皮瓣外表面，術后患者恢復良好，氣道未軟化或塌陷。然而僅靠生物材料固定來代替軟骨的支持作用，再植氣管的長期功能還未證實，此類材料雖可取自患者，能有效地避免排斥反應，但存在來源有限且與氣管也有結構差異等問題。
3.3 合成支架的發展
自從組織工程到來之際就開始使用合成支架基質。單獨使用于組織工程氣管的組織工程合成支架[13, 20]包括聚乙醇酸、聚乳酸/聚乙醇酸(PLA/PGA)、聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)、聚酯聚氨酯、聚乙二醇/聚對苯二甲酸丁二醇酯(PEOT/PBT)、明膠海綿、氧化異丙烯F-127 (Pluronic F-127)、聚四氟乙烯(PTFE)等，研究的焦點主要在于生物相容性及免疫反應。Luo等[21]種植PLA/PGA至兔體內的實驗分析認為，在支架移植前2周的預先培養以便細胞外基質形成及細胞生長，清除支架炎性酸性降解產物。自2011年第1例運用種植自體干細胞的納米復合材料植入患者體內[22]開始，諸多不同材料的支架已用于組織工程氣管，每種都有其固有優勢與缺陷[23]，未來可能通過組合材料來彌補各自的缺陷。然而如何在人工氣管內外壁引入具有調節細胞生長代謝作用的生長因子及黏附蛋白，以促進黏膜上皮及血管的再生將是人工氣管完善應用的重要內容。
3.4 組織工程假體
組織工程基本原理是將分離的細胞、組織或合成物質組成的支架或基質用于新組織或器官的生長，不但能降低抗原細胞的表達，抑制免疫反應，還能夠預血管化以及相關組織細胞的再生培養，具有多方面的優點。Jungebluth等[24]運用脫細胞氣管并聯合干細胞和生物反應器，完成了1例組織工程氣管臨床移植，術后30個月后生物工程移植物依然性能良好。盡管關于臨床和學術價值在不同的方法研究有著顯著的不同結果，但臨床應用證實了將組織工程移植到患者體內具有可行性，干細胞組織工程器官、體外生物工程氣管移植物成功為氣管替代開辟一條道路。目前研究[22]表明擁有一種能夠促血管化的上皮涂層的體內工程移植氣管，聯合干細胞種植的Y型氣管移植物進行重建是可行的，為體內氣管重建概念和藥物支持與干預的必要性提供了重要證據。
4 體內天然生物反應器
體內組織工程，也叫仿生組織工程，是氣管缺陷修復及替代的最新方法。基于將移植受體作為體內天然生物反應器[25]，在局部和全身使用生長、助推因子，以動員與招募干細胞，從而優化組織治愈與再生。體外培養一段時間后，將構建的組織工程軟骨植入體內以進一步成熟，趨向天然軟骨的構建組織。這可能與體內的生理微環境所提供的適宜氧濃度，以及外周血供有關。同時，體內植入也能夠很好地檢驗體外構建組織的穩定性，消除體外細胞培養較長孵化、準備時間和本質缺陷。其基本原理[25]為干細胞在體內直接分化，祖細胞推進骨髓動員，從而流入外周血液并招募到修復部位。這種在體內將骨髓干細胞種植在脫細胞移植物，并把受體患者身體作為生物天然生物反應器，能夠促進氣管重建。2008年，Macchiarini等[26]用組織工程氣管為1例患者移植成功，這對氣管移植的研究提供了寶貴的經驗，在術后早期觀察到移植氣管恢復血供迅速且伴基底黏膜細胞的出現，分析可能與氣管移植前，上皮細胞和軟骨細胞等種子細胞的植入，可以誘導前期血管再生。未來重點在于攻克體內組織工程氣管移植中仍存在的一些問題[27]：(1)最佳的體內組織工程氣管程序，及如何提高氣管移植物生物力學性能、活化內源性干細胞、刺激組織再生及血管形成。(2)發展合適的氣道合成支架，需要一種現成的合成支架，聯合患者自體細胞作為自體氣道的原始材料，對解決捐獻器官來源短缺，特別是對兒童的氣管重建有重要意義。過去3年，通過跨學科研究，生物工程氣管移植獲得了階段性勝利，但仍然需要對患者的長期隨訪及對生物工程氣管移植物長期生物力學性能的評估、探索組織工程中種植細胞的功能及轉歸、血管生成機制，從而將體內組織工程技術普及到日常臨床實踐。
5 總結與展望
隨著研究的深入，氣管替代材料的不斷更新，制備工藝的逐步提高，優化組合后誕生的新型替代物將會逐步應用于實驗研究，并進一步進入臨床試驗。而再血管化是將組織工程氣管從實驗階段進入臨床階段的關鍵步驟，一些研究人員[28]認為原位移植并不能順利地進行血供，甚至會出現不同程度的壞死。很多方法用于組織工程氣管的血管再生，從特異性手術操作(如體內移植[13])到運用生長因子(VEGF) [28]，再到將內皮細胞注入脫細胞血管蒂。然而沒有簡單、直接的血管再生方法，而且研究人員對是否預先給予血供方面未達成一致意見[29]。但維持組織工程氣管存活需要血供，而且將來組織工程氣管必須囊括再血管化研究。Tan等[28]建議無需體外種植及生物反應器培養環節，而直接將氣管基質植入動物體內，同時將體外培養后體內移植與直接進行體內移植進行比較。今后應努力制造出結構功能上與氣管相似：既有一定的彈性，又含有類似的細胞外基質成分，在此基礎上培養出與內外管壁相適應的細胞層，這樣才能解決免疫排斥反應、移植氣管的黏膜再上皮化和再血管化等問題。
目前氣管移植研究利用體內天然的生物反應器，行一期原位移植，讓自體上皮細胞從移植段氣管兩端爬行覆蓋。然而是否可將種植有自體上皮細胞及干細胞的脫細胞氣管先行體內預培養，再行原位移植。與一期原位移植相比，通過植入肌肉后，連同帶蒂肌瓣移植，可建立穩定血液供給，從而保證管狀軟骨結構和功能的維持，加快組織工程氣管移植物上皮化，從而實現節段氣管缺損長期功能重建[30]。若這一改進策略成功，可能減少術后早期并發癥，防止氣管塌陷，延長生存時間，為節段氣管缺損長期功能的重建提供了一個很有前途的方法。
氣管相關疾病可能是良性(如醫源性、先天性、后天性畸形，創傷、感染引起)，也可能是惡性的，然而成人氣管病變超過氣管總長度的一半(6 cm)，兒童超過1/3，則無法行端端吻合，這一直是氣管手術重建的挑戰[1-2]。由于氣管的解剖和生理特點，組織工程氣管研究面臨一系列難題： (1)由于缺乏明確的血管蒂，難以直接吻合至受體的頸部血管，所以氣管移植物順利的恢復血液供應至關重要，而實驗室動物[3]和人類[4]經體內組織包繞后，可成功地間接再血管化。(2)組織工程氣管必須達到氣道功能的替代，即覆蓋有完整纖毛上皮以保持正常呼吸道功能。(3)雖然體外生物反應器改進了組織工程氣管的體外培養條件，但組織工程氣管軟骨的機械性能仍不同程度低于正常氣管軟骨。因此，再上皮化和血供及選擇合適的支架一直是氣管移植外科亟需解決的問題。
1 上皮細胞
一個有活性的氣管替代物，應具有氣管上皮的功能，尤其是纖毛運輸固體顆粒和液體及清除黏液的能力。如果氣管內腔表面上皮缺失，就將導致痰液潴留、感染、刺激肉芽組織增生，致管腔狹窄，嚴重者將呼吸困難甚至死亡，而上皮細胞的再生也受到免疫反應的影響，所以移植體上皮細胞的良好生長是避免管腔狹窄的關鍵因素之一。Rainer等[5]成功地將氣管上皮細胞種植包埋于鼠大網膜的硅膠管內，10 d后將培養的上皮細胞種植于硅膠管內，4周后電子顯微鏡觀察纖毛柱狀上皮細胞和黏液上皮細胞形成，但未繼續原位移植以進一步比較。Remlinger等[6]將脫細胞豬氣管植入犬體內，發現這種脫細胞支架能在短期內促進局部上皮細胞生長。目前上皮細胞化的研究主要集中在去異體上皮細胞后，再種植自體分離的上皮細胞。國內外鼠氣管移植模型的實驗[7-8]表明，一旦體內移植氣管形成具有受體表型和功能的上皮組織，該段氣管組織便能維持管腔通暢，受體得以長久存活。Dupuit等[9]通過種植人鼻上皮細胞于脫大鼠氣管，并移植至裸鼠皮下1周后，上皮層細胞增殖變為多層，接著上皮逐漸變為具有分泌功能的纖毛柱狀上皮，4~5周后氣管腔覆蓋假復層柱狀上皮。但也有一些氣管體內移植的實驗發生了明顯的管腔狹窄甚至閉塞，而原位移植僅組織水腫及黏膜固有層淋巴細胞浸潤，分析可能是因原位移植的氣管逐漸獲得了受體的上皮細胞，減輕了免疫排斥反應[10]。因此上皮細胞脫落與氣道閉塞有著密切的聯系，如果在移植段上皮細胞脫落的同時能夠有新的上皮細胞再生，便可以在一定程度上限制氣道的閉塞。
2 軟骨細胞
組織工程氣管重建節段缺損失敗的主要原因除了由于缺少上皮導致的粘液阻塞，還有肉芽組織增生過度引起氣道狹窄、軟骨軟化造成氣道塌陷。因此氣道重建中軟骨的功能不可或缺。1994年，Vacanti等[11]將軟骨細胞種植于多聚乙醇酸(PGA)支架上，體外培養1周后包繞在管狀硅膠管并置于裸鼠皮下，4周后形成管狀透明軟骨，經大體觀察與組織學分析與正常牛軟骨相似且能抗壓，接著包繞一層腸衣后代替缺損氣管，實驗的6只動物中有4只可自主呼吸，分析認為氣管腔內缺少纖毛柱狀上皮，呼吸道分泌物排泄困難而窒息，設想如果在其內壁種上纖毛柱狀上皮細胞，是否可恢復清除黏液功能。隨后Kojima等[12]將鼻中隔分離的軟骨細胞種植在PGA板上，接著分別植入實驗動物皮下，8周后組織學檢查可見成熟軟骨周圍包圍著結締組織，具有和自體氣管相似的形態學特點。而王萬鵬等[13]將氣管軟骨細胞和羧乙基殼聚糖-羥基磷灰石(NCECS-HA)泡沫支架復合后植入裸鼠皮下，證實了該組織工程氣管對于兔軟骨細胞有良好的生物相容性。Delaere等[14]利用同種異體氣管軟骨支架治療氣道狹窄患者，認為成熟的軟骨支架包裹在一個密集的膠原-蛋白質-多糖的細胞外基質里而缺乏血管，可不被免疫系統識別。當周圍包圍了良好的血管化受體組織時，完整的軟骨移植物可抗排斥反應，且患者在停止所有的免疫抑制藥物后氣管軟骨的生存良好，也支持這個假說。分析認為患者的免疫排斥是通過受體的周圍血管網和頰黏膜細胞的再引種而緩慢地發生，同時因受到受體前臂組織的營養，形成有活力的軟骨性移植物，使原位氣管移植更安全，該研究表明關節的軟骨同種異體移植物可以抗排斥，因為體液抗體不能穿透完好無損的基質以達到軟骨細胞，而分離的軟骨細胞則具有移植抗原，可以引起排斥反應[14]。
3 氣管替代支架
自上世紀開始，研究人員不斷探索理想的氣道替代物。從合成支架到假體材料再到自體/同種異體組織皮瓣及補片層出不窮[15]，但并不能在臨床應用中收獲滿意的效果，主要缺乏適當的血管形成及內腔的呼吸上皮。當前，氣道替代領域的發展主要在尋求一種適合臨床應用的方法。
3.1 體內同種異體氣管
Rose等[16]報道了第1例同種異體人類氣管體內植于受體胸鎖乳突肌，但未明確指出同種異體移植物遠期的可行性。之后的研究普遍是用大網膜進行包裹以再血管化，由于其血管豐富，促進上皮組織損傷的恢復，富含脂肪和吞噬細胞，易于粘連且有抗感染能力。也有附帶移植氣管周圍的供血組織，如甲狀腺氣管聯合移植。此外，前臂肌肉組織具有豐富的微小血管，為氣管包裹提供了一個良好的環境。Delaere等[14]將同種異體氣管移植物被包裹在受體的前臂筋膜，實現了血管化且黏膜層被受體口腔黏膜逐步替換，在免疫抑制治療停止后，把具有完好血供的氣管成功移植至原位。但同種異體氣管移植仍存在較大難度的主要原因在于：移植物壞死、感染、血管再生障礙等，且供體來源也有限。
3.2 體內自體組織替代氣管
自體游離皮瓣成形替代即運用自體組織結合支架材料制作成與人體氣管相適應的氣管假體。Kato等[17]用自體帶血管蒂、內用硅膠管作支架的食管置于氣管缺損部位進行重建，但食管畢竟缺少結構上的支撐，所以對大范圍的氣管損傷修復無能為力。Martinod等[18]報道了首例將冷凍大動脈移植物用背闊肌皮瓣包裹，并內置鎳鈦合金用于肺癌患者的支氣管移植，在1年的隨訪中，移植物保持完整且無收縮或移位。Maciejewski等[19]重建1例氣管缺損7 cm的患者，將其前臂皮瓣游離卷曲成中空圓腔的形狀，并置入可降解的生物網狀環于皮瓣外表面，術后患者恢復良好，氣道未軟化或塌陷。然而僅靠生物材料固定來代替軟骨的支持作用，再植氣管的長期功能還未證實，此類材料雖可取自患者，能有效地避免排斥反應，但存在來源有限且與氣管也有結構差異等問題。
3.3 合成支架的發展
自從組織工程到來之際就開始使用合成支架基質。單獨使用于組織工程氣管的組織工程合成支架[13, 20]包括聚乙醇酸、聚乳酸/聚乙醇酸(PLA/PGA)、聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)、聚酯聚氨酯、聚乙二醇/聚對苯二甲酸丁二醇酯(PEOT/PBT)、明膠海綿、氧化異丙烯F-127 (Pluronic F-127)、聚四氟乙烯(PTFE)等，研究的焦點主要在于生物相容性及免疫反應。Luo等[21]種植PLA/PGA至兔體內的實驗分析認為，在支架移植前2周的預先培養以便細胞外基質形成及細胞生長，清除支架炎性酸性降解產物。自2011年第1例運用種植自體干細胞的納米復合材料植入患者體內[22]開始，諸多不同材料的支架已用于組織工程氣管，每種都有其固有優勢與缺陷[23]，未來可能通過組合材料來彌補各自的缺陷。然而如何在人工氣管內外壁引入具有調節細胞生長代謝作用的生長因子及黏附蛋白，以促進黏膜上皮及血管的再生將是人工氣管完善應用的重要內容。
3.4 組織工程假體
組織工程基本原理是將分離的細胞、組織或合成物質組成的支架或基質用于新組織或器官的生長，不但能降低抗原細胞的表達，抑制免疫反應，還能夠預血管化以及相關組織細胞的再生培養，具有多方面的優點。Jungebluth等[24]運用脫細胞氣管并聯合干細胞和生物反應器，完成了1例組織工程氣管臨床移植，術后30個月后生物工程移植物依然性能良好。盡管關于臨床和學術價值在不同的方法研究有著顯著的不同結果，但臨床應用證實了將組織工程移植到患者體內具有可行性，干細胞組織工程器官、體外生物工程氣管移植物成功為氣管替代開辟一條道路。目前研究[22]表明擁有一種能夠促血管化的上皮涂層的體內工程移植氣管，聯合干細胞種植的Y型氣管移植物進行重建是可行的，為體內氣管重建概念和藥物支持與干預的必要性提供了重要證據。
4 體內天然生物反應器
體內組織工程，也叫仿生組織工程，是氣管缺陷修復及替代的最新方法。基于將移植受體作為體內天然生物反應器[25]，在局部和全身使用生長、助推因子，以動員與招募干細胞，從而優化組織治愈與再生。體外培養一段時間后，將構建的組織工程軟骨植入體內以進一步成熟，趨向天然軟骨的構建組織。這可能與體內的生理微環境所提供的適宜氧濃度，以及外周血供有關。同時，體內植入也能夠很好地檢驗體外構建組織的穩定性，消除體外細胞培養較長孵化、準備時間和本質缺陷。其基本原理[25]為干細胞在體內直接分化，祖細胞推進骨髓動員，從而流入外周血液并招募到修復部位。這種在體內將骨髓干細胞種植在脫細胞移植物，并把受體患者身體作為生物天然生物反應器，能夠促進氣管重建。2008年，Macchiarini等[26]用組織工程氣管為1例患者移植成功，這對氣管移植的研究提供了寶貴的經驗，在術后早期觀察到移植氣管恢復血供迅速且伴基底黏膜細胞的出現，分析可能與氣管移植前，上皮細胞和軟骨細胞等種子細胞的植入，可以誘導前期血管再生。未來重點在于攻克體內組織工程氣管移植中仍存在的一些問題[27]：(1)最佳的體內組織工程氣管程序，及如何提高氣管移植物生物力學性能、活化內源性干細胞、刺激組織再生及血管形成。(2)發展合適的氣道合成支架，需要一種現成的合成支架，聯合患者自體細胞作為自體氣道的原始材料，對解決捐獻器官來源短缺，特別是對兒童的氣管重建有重要意義。過去3年，通過跨學科研究，生物工程氣管移植獲得了階段性勝利，但仍然需要對患者的長期隨訪及對生物工程氣管移植物長期生物力學性能的評估、探索組織工程中種植細胞的功能及轉歸、血管生成機制，從而將體內組織工程技術普及到日常臨床實踐。
5 總結與展望
隨著研究的深入，氣管替代材料的不斷更新，制備工藝的逐步提高，優化組合后誕生的新型替代物將會逐步應用于實驗研究，并進一步進入臨床試驗。而再血管化是將組織工程氣管從實驗階段進入臨床階段的關鍵步驟，一些研究人員[28]認為原位移植并不能順利地進行血供，甚至會出現不同程度的壞死。很多方法用于組織工程氣管的血管再生，從特異性手術操作(如體內移植[13])到運用生長因子(VEGF) [28]，再到將內皮細胞注入脫細胞血管蒂。然而沒有簡單、直接的血管再生方法，而且研究人員對是否預先給予血供方面未達成一致意見[29]。但維持組織工程氣管存活需要血供，而且將來組織工程氣管必須囊括再血管化研究。Tan等[28]建議無需體外種植及生物反應器培養環節，而直接將氣管基質植入動物體內，同時將體外培養后體內移植與直接進行體內移植進行比較。今后應努力制造出結構功能上與氣管相似：既有一定的彈性，又含有類似的細胞外基質成分，在此基礎上培養出與內外管壁相適應的細胞層，這樣才能解決免疫排斥反應、移植氣管的黏膜再上皮化和再血管化等問題。
目前氣管移植研究利用體內天然的生物反應器，行一期原位移植，讓自體上皮細胞從移植段氣管兩端爬行覆蓋。然而是否可將種植有自體上皮細胞及干細胞的脫細胞氣管先行體內預培養，再行原位移植。與一期原位移植相比，通過植入肌肉后，連同帶蒂肌瓣移植，可建立穩定血液供給，從而保證管狀軟骨結構和功能的維持，加快組織工程氣管移植物上皮化，從而實現節段氣管缺損長期功能重建[30]。若這一改進策略成功，可能減少術后早期并發癥，防止氣管塌陷，延長生存時間，為節段氣管缺損長期功能的重建提供了一個很有前途的方法。