组织工程 (2)幻灯片.ppt

《组织工程 (2)幻灯片.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《组织工程 (2)幻灯片.ppt（52页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、组织工程第1页，共52页，编辑于2022年，星期二再再 生生l l凤凰凤凰凤凰凤凰(Chinese(Chinese phoenix/phoenix)phoenix/phoenix)：雄的：雄的叫凤，雌的则叫凰。象征叫凤，雌的则叫凰。象征祥瑞祥瑞祥瑞祥瑞。l l神话中说，凤凰每次死后，神话中说，凤凰每次死后，会周身燃起大火，然后其会周身燃起大火，然后其在烈火中获得重生，并获在烈火中获得重生，并获得较之以前更强大的生命得较之以前更强大的生命力，称之为力，称之为“凤凰涅磐凤凰涅磐凤凰涅磐凤凰涅磐”。第2页，共52页，编辑于2022年，星期二l l蚯蚓蚯蚓蚯蚓蚯蚓被截为两截以后，断面上肌肉组织快速溶解

2、，然后被截为两截以后，断面上肌肉组织快速溶解，然后形成新的细胞团。这时，血液中所含的白细胞也会同时形成新的细胞团。这时，血液中所含的白细胞也会同时集中在切面上，形成特殊的栓塞，从而使集中在切面上，形成特殊的栓塞，从而使伤口快速闭合伤口快速闭合伤口快速闭合伤口快速闭合。l l中胚层细胞中胚层细胞中胚层细胞中胚层细胞还具有十分强的分化能力，快速移动至伤口还具有十分强的分化能力，快速移动至伤口切面上来，在切面上形成一个个结节状的凸起，就被切面上来，在切面上形成一个个结节状的凸起，就被称为称为再生芽再生芽再生芽再生芽。l l同时，蚯蚓体内的消化道、血管，以及神经系统等组同时，蚯蚓体内的消化道、血管，以

3、及神经系统等组织的细胞，经过许多分裂，快速地向再生芽里不断生织的细胞，经过许多分裂，快速地向再生芽里不断生长，切面上就会快速地再生出另外一个头来，并且另长，切面上就会快速地再生出另外一个头来，并且另一端也会自然生出一条一端也会自然生出一条尾巴尾巴尾巴尾巴来。来。第3页，共52页，编辑于2022年，星期二器官移植器官移植l l圣经圣经中，上帝始造天地耗时七日，在第六日里用中，上帝始造天地耗时七日，在第六日里用泥土泥土泥土泥土按按自己的形状捏成个泥人，然后吹了一口仙气于其中，自己的形状捏成个泥人，然后吹了一口仙气于其中，亚当亚当亚当亚当便有了生命。便有了生命。l l上帝造了亚当之后，让他当世间万物

4、的主宰，还给他建了个上帝造了亚当之后，让他当世间万物的主宰，还给他建了个园子，取名为园子，取名为伊甸园伊甸园伊甸园伊甸园（EdenEden），其意为），其意为“乐事，愉快乐事，愉快”。l l取其取其第七肋骨第七肋骨第七肋骨第七肋骨塑成女状，再吹之以仙气，遂成塑成女状，再吹之以仙气，遂成夏娃夏娃夏娃夏娃（意即（意即“赋予生命赋予生命”）。）。第4页，共52页，编辑于2022年，星期二l l荷马荷马伊利亚特伊利亚特中，描绘了中，描绘了一个叫做一个叫做凯米拉凯米拉凯米拉凯米拉（ChimeraChimera）的）的怪兽：怪兽：狮头、羊身、蛇尾狮头、羊身、蛇尾狮头、羊身、蛇尾狮头、羊身、蛇尾，并，并且背

5、部及尾部又分别伸出一且背部及尾部又分别伸出一羊羊羊羊头和蛇头头和蛇头头和蛇头头和蛇头。在现代移植学中，。在现代移植学中，凯米拉一词译为凯米拉一词译为嵌合体嵌合体嵌合体嵌合体。丹麦童话 美人鱼美人鱼美人鱼美人鱼（安徒生）第5页，共52页，编辑于2022年，星期二龙龙l l龙是中国的象征、中华民族的龙是中国的象征、中华民族的象征、中国文化的象征。象征、中国文化的象征。l l龙是中国古人对龙是中国古人对鱼、鳄、蛇、猪、鱼、鳄、蛇、猪、鱼、鳄、蛇、猪、鱼、鳄、蛇、猪、马、牛马、牛马、牛马、牛等动物，和云、雷电、虹等动物，和云、雷电、虹霓等自然天象模糊集合而产生的霓等自然天象模糊集合而产生的一种神物：马

6、头（驼、牛、扬子一种神物：马头（驼、牛、扬子鳄头），象鼻，鲤鱼须，蛇身，鳄头），象鼻，鲤鱼须，蛇身，鹿角，龟眼（兔、虎），鱼鳞，鹿角，龟眼（兔、虎），鱼鳞，虎掌，鹰爪，牛耳，鱼尾构成的。虎掌，鹰爪，牛耳，鱼尾构成的。第6页，共52页，编辑于2022年，星期二换心术传说换心术传说l l战国时代的典籍战国时代的典籍列子列子记载：鲁国的公扈和赵记载：鲁国的公扈和赵国的齐婴得了痼疾去找国的齐婴得了痼疾去找神医扁鹊神医扁鹊神医扁鹊神医扁鹊医治。扁鹊对公医治。扁鹊对公扈说：扈说：“汝志疆而气弱，故足于谋而汝志疆而气弱，故足于谋而汝志疆而气弱，故足于谋而汝志疆而气弱，故足于谋而寡于断寡于断寡于断寡于断。齐婴

7、志弱而气疆，故少于虚而齐婴志弱而气疆，故少于虚而齐婴志弱而气疆，故少于虚而齐婴志弱而气疆，故少于虚而伤于专伤于专伤于专伤于专。故换汝之。故换汝之。故换汝之。故换汝之心，则均善矣。心，则均善矣。心，则均善矣。心，则均善矣。”l l扁鹊先给他俩喝了一种自治的麻醉药。然后为扁鹊先给他俩喝了一种自治的麻醉药。然后为两人做了开胸术，取出心脏互换。接着给他俩两人做了开胸术，取出心脏互换。接着给他俩灌服了一种神奇的药物，公扈和齐婴随即苏醒灌服了一种神奇的药物，公扈和齐婴随即苏醒过来，怪疾得以治愈。过来，怪疾得以治愈。第7页，共52页，编辑于2022年，星期二现代的器官移植现代的器官移植l l19361936

8、19361936年年年年，一位年仅，一位年仅2626岁的青年人，由于一位汞中毒导致肾衰竭，无药岁的青年人，由于一位汞中毒导致肾衰竭，无药可救。前苏联医生可救。前苏联医生沃罗诺夫沃罗诺夫沃罗诺夫沃罗诺夫将一个尸体的将一个尸体的肾脏移植肾脏移植肾脏移植肾脏移植到病人体内，但到病人体内，但没有获得成功，病人在没有获得成功，病人在4848小时后死去了。小时后死去了。l l19671967年，南非医生年，南非医生巴纳德巴纳德巴纳德巴纳德为一名商人成功地作了人类为一名商人成功地作了人类首例异体心首例异体心首例异体心首例异体心脏移植脏移植脏移植脏移植手术。病人手术后顺利地度过了手术。病人手术后顺利地度过了1

9、7171717天天天天，虽然由于肺炎最终，虽然由于肺炎最终夺取了他的第二次生命，但是，这在人类器官移植史上毕竟是夺取了他的第二次生命，但是，这在人类器官移植史上毕竟是一个里程碑式一个里程碑式一个里程碑式一个里程碑式的伟大成就。的伟大成就。第8页，共52页，编辑于2022年，星期二l l异体移植异体移植异体移植异体移植：较强免疫排斥反应，异体器官来源有限。：较强免疫排斥反应，异体器官来源有限。l l组织代用品组织代用品组织代用品组织代用品：人体相容性差，不能长久使用，还易：人体相容性差，不能长久使用，还易引起感染。引起感染。l l问题：能否用细胞培养再生组织器官达到替换的目问题：能否用细胞培养再

10、生组织器官达到替换的目问题：能否用细胞培养再生组织器官达到替换的目问题：能否用细胞培养再生组织器官达到替换的目的？的？的？的？l lhttp:/ lhttp:/ 第一部分第一部分 组织工程技术组织工程技术第11页，共52页，编辑于2022年，星期二一一 定义定义l l组织工程组织工程(Tissue Engineering)(Tissue Engineering)：是利用生命科学、医学、工：是利用生命科学、医学、工程学原理与技术，单独或组合地利用细胞、生物材料、细胞因程学原理与技术，单独或组合地利用细胞、生物材料、细胞因子实现组织修复或再生的一门技术。子实现组织修复或再生的一门技术。2020世纪

11、世纪8080年代提出概念。年代提出概念。Joseph P.VacantiJohn Homans Professor of Surgery at Harvard Medical schoolRobert LangerProfessor of Chemical and Biomedical Engineering at MIT第12页，共52页，编辑于2022年，星期二二二 组织工程三要素组织工程三要素l1.种子细胞l2.支架材料l3.生长因子第13页，共52页，编辑于2022年，星期二细胞外基质细胞外基质(extracellular matrixc,ECM)(extracellular matr

12、ixc,ECM)l l（1 1）定义定义定义定义：动物细胞合成并分泌到胞外、分布在细胞表面或细胞之间的大分子。：动物细胞合成并分泌到胞外、分布在细胞表面或细胞之间的大分子。l l（2 2）分布分布分布分布：结缔组织中：结缔组织中ECMECM含量较高。含量较高。l l（3 3）组成组成组成组成：构成细胞外基质的大分子包括：胶原、非胶原糖蛋白、弹性蛋白、氨：构成细胞外基质的大分子包括：胶原、非胶原糖蛋白、弹性蛋白、氨基聚糖与蛋白聚糖四大类。基聚糖与蛋白聚糖四大类。l l（4 4）功能功能功能功能：l l1 1）ECMsECMs提供细胞所需的力学和化学信息，是细胞发挥功能的环境；对细胞群体有支持、保

13、护提供细胞所需的力学和化学信息，是细胞发挥功能的环境；对细胞群体有支持、保护的作用。的作用。l l2 2）ECMsECMs对细胞形态、迁移、增殖、分化有调节作用。对细胞形态、迁移、增殖、分化有调节作用。第14页，共52页，编辑于2022年，星期二以骨为例以骨为例l l1-1-细胞细胞l l成骨细胞：合成成骨细胞：合成ECMsECMs、矿物质、胶原，、矿物质、胶原，组装成新骨组装成新骨l l破骨细胞：分泌酶使破骨细胞：分泌酶使ECMsECMs、矿物质、矿物质、胶原被吸收胶原被吸收l l软骨细胞：合成软骨细胞：合成ECMs,ECMs,构成软骨构成软骨l l干细胞干细胞l l2-2-支架支架l l羟

14、基磷灰石羟基磷灰石CaCa5 5(PO(PO4 4)3 3OHOH，HAHA、胶原、胶原纤维纤维l l3-3-生长因子生长因子l l骨形态发生蛋白骨形态发生蛋白第15页，共52页，编辑于2022年，星期二（一）种子细胞（一）种子细胞l l1.1.1.1.定义定义定义定义l l种子细胞种子细胞(Seed cell)(Seed cell)：是组织修复或再生的：是组织修复或再生的细胞细胞细胞细胞材料。材料。l l2.2.2.2.来源来源来源来源l l（1 1）功能细胞：组织来源的体细胞。）功能细胞：组织来源的体细胞。l l（2 2）干细胞：胚胎干细胞、成体干细胞。）干细胞：胚胎干细胞、成体干细胞。l

15、 l3.3.3.3.特点特点特点特点l l容易获得和体外培养、遗传稳定。容易获得和体外培养、遗传稳定。l l4.4.4.4.问题问题问题问题l l（1 1）同种、异种细胞存在免疫排斥等问题。）同种、异种细胞存在免疫排斥等问题。l l（2 2）干细胞潜在的理想种子细胞，诱导分化技术有待完善。）干细胞潜在的理想种子细胞，诱导分化技术有待完善。l l（3 3）多种类型细胞协调增殖、分化。）多种类型细胞协调增殖、分化。第16页，共52页，编辑于2022年，星期二（二）支架材料（二）支架材料l l1.1.定义定义l l组织工程支架材料是指替代细胞组织工程支架材料是指替代细胞外基质使用的生物医学材料。外基

16、质使用的生物医学材料。第17页，共52页，编辑于2022年，星期二l l2.2.特点特点l l（1 1）生物相容性生物相容性生物相容性生物相容性：生物医学材料引起宿主反应和产生有效作：生物医学材料引起宿主反应和产生有效作用的能力。用的能力。l l（2 2）生物降解性生物降解性生物降解性生物降解性：材料完成支架的作用后能被降解，降解速：材料完成支架的作用后能被降解，降解速率与细胞生长速率相互协调。率与细胞生长速率相互协调。l l（3 3）合适的三维）合适的三维立体结构立体结构立体结构立体结构。l l（4 4）加工性加工性加工性加工性与一定的与一定的机械强度机械强度机械强度机械强度。l l（5 5

17、）良好的）良好的消毒性能消毒性能消毒性能消毒性能。第18页，共52页，编辑于2022年，星期二l l3.3.分类分类l l有机材料与无机材料；天然材料和人工合成材料；有机材料与无机材料；天然材料和人工合成材料；单一材料和复合材料。单一材料和复合材料。l l（1 1 1 1）有机材料）有机材料）有机材料）有机材料l l1 1 1 1）天然高分子材料）天然高分子材料）天然高分子材料）天然高分子材料l l胶原、壳聚糖、透明质酸等。胶原、壳聚糖、透明质酸等。第19页，共52页，编辑于2022年，星期二A A 蛋白类蛋白类l l胶原（胶原（胶原（胶原（CollagenCollagenCollagenCo

18、llagen）l l胶原是细胞外最重要的水不溶性纤维蛋白胶原是细胞外最重要的水不溶性纤维蛋白,是构成细胞外基质的是构成细胞外基质的骨架，是骨架，是胞外基质重要的结构蛋白胞外基质重要的结构蛋白胞外基质重要的结构蛋白胞外基质重要的结构蛋白。l l根据组成的氨基酸与聚合度不同根据组成的氨基酸与聚合度不同有有有有10101010种种种种。具有高度缠绕的螺旋结。具有高度缠绕的螺旋结构的纤丝，由纤丝与其他基质分子相互作用构的纤丝，由纤丝与其他基质分子相互作用达到组织需要的强度、达到组织需要的强度、达到组织需要的强度、达到组织需要的强度、弹性弹性弹性弹性。l l成纤维细胞、成骨细胞、软骨细胞、上皮细胞等合成

19、或分泌，成纤维细胞、成骨细胞、软骨细胞、上皮细胞等合成或分泌，分布于各个部位。分布于各个部位。第20页，共52页，编辑于2022年，星期二B B 多糖类多糖类l l壳聚糖（壳聚糖（壳聚糖（壳聚糖（ChitosanChitosanChitosanChitosan）l l甲壳质的基本单位是甲壳质的基本单位是乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺，它是由，它是由1000100030003000个乙酰葡萄糖胺残基通个乙酰葡萄糖胺残基通过过-1-1，4-4-糖苷键相互连接而成聚合物，是节肢动物角质内的主要结构多糖。糖苷键相互连接而成聚合物，是节肢动物角质内的主要结构多糖。l l壳聚糖是甲壳质的

20、部分壳聚糖是甲壳质的部分脱乙酰化脱乙酰化脱乙酰化脱乙酰化产物，具有产物，具有阳离子阳离子阳离子阳离子性质，因此可以吸引糖胺聚糖、性质，因此可以吸引糖胺聚糖、蛋白聚糖等带负电荷的大分子聚集在支架内，即利于收集组织液中的生长因蛋白聚糖等带负电荷的大分子聚集在支架内，即利于收集组织液中的生长因子。子。第21页，共52页，编辑于2022年，星期二l l透明质酸（透明质酸（透明质酸（透明质酸（Hyaluronic Hyaluronic Hyaluronic Hyaluronic acid,HAacid,HAacid,HAacid,HA）l l透明质酸是由透明质酸是由N-N-N-N-乙酰氨基葡萄糖及乙酰氨

21、基葡萄糖及乙酰氨基葡萄糖及乙酰氨基葡萄糖及D-D-D-D-葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸的重复结构组成的的重复结构组成的线形多糖结构。线形多糖结构。l l在结缔组织中比较丰富。透明在结缔组织中比较丰富。透明质酸可高度水化，对组织的水质酸可高度水化，对组织的水分平衡和关节的润滑有重要作分平衡和关节的润滑有重要作用，已经在整形外科中被广泛用，已经在整形外科中被广泛采用。保护及润滑细胞，在化采用。保护及润滑细胞，在化妆品、美容行业广泛使用。妆品、美容行业广泛使用。第22页，共52页，编辑于2022年，星期二l l2 2）合成高分子材料）合成高分子材料l l聚乳酸聚乳酸（Polylactic

22、acidPolylacticacid，PLAPLA）l l聚羟基乙酸聚羟基乙酸（PolyglycolicacidPolyglycolicacid，PGAPGA）l l聚羟基丁酸聚羟基丁酸（Polyhydroxybutyrate,Polyhydroxybutyrate,PHBPHB）等。）等。第23页，共52页，编辑于2022年，星期二（2 2）无机材料）无机材料l l氧化铝陶瓷、碳纤维、生物陶瓷、羟基磷灰石、合金等，主要用于人工骨、人工氧化铝陶瓷、碳纤维、生物陶瓷、羟基磷灰石、合金等，主要用于人工骨、人工肌腱、人工关节等。肌腱、人工关节等。l l例如：钴、钛、钢铁基合金例如：钴、钛、钢铁基合金

23、金属材料金属材料金属材料金属材料组成人工髋关节的股骨头、膝关节的股骨髁的表面，组成人工髋关节的股骨头、膝关节的股骨髁的表面，超高分子聚乙烯材料超高分子聚乙烯材料超高分子聚乙烯材料超高分子聚乙烯材料组成人工髋关节的髋臼股、人工膝关节的胫骨平台部分，组成人工髋关节的髋臼股、人工膝关节的胫骨平台部分，聚甲聚甲聚甲聚甲基丙烯酸甲酯基丙烯酸甲酯基丙烯酸甲酯基丙烯酸甲酯骨水泥用于人工关节假体与骨组织的固定。骨水泥用于人工关节假体与骨组织的固定。第24页，共52页，编辑于2022年，星期二各种无机材料各种无机材料氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷碳纤维碳纤维生物陶瓷生物陶瓷羟基磷灰石第25页，共52页，编辑于2022年，

24、星期二（3 3）复合材料）复合材料l l复合材料：由两种或两种以上不同物理化学性质的材料复合而成复合材料：由两种或两种以上不同物理化学性质的材料复合而成的新材料，一般由基体材料和增强材料组成。的新材料，一般由基体材料和增强材料组成。l l包括无机材料、有机材料、天然材料与合成材料间的组合。包括无机材料、有机材料、天然材料与合成材料间的组合。l l例如：羟基磷灰石例如：羟基磷灰石-甲壳素、羟基磷灰石甲壳素、羟基磷灰石-PLA-PLA、聚乳酸、聚乳酸（Polylactic acid,PLAPolylactic acid,PLA）-聚羟基乙酸（聚羟基乙酸（Polyglycolic Polyglyco

25、lic acid,PGAacid,PGA）：）：PLGAPLGA等。等。聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）第26页，共52页，编辑于2022年，星期二（三）生长因子（三）生长因子l l细胞对外部环境产生的应答是通过感知某种细胞对外部环境产生的应答是通过感知某种化学信号化学信号化学信号化学信号或或物理刺激物理刺激物理刺激物理刺激，并将之传递到细胞核中，促发或者抑制基因的表达实现的。细胞的增并将之传递到细胞核中，促发或者抑制基因的表达实现的。细胞的增殖与分化由各种因子调节。殖与分化由各种因子调节。第27页，共52页，编辑于2022年，星期二1.1.物理因子物理因子l l主要是应力的作用：主要是应力

26、的作用：l l流体切应力流体切应力流体切应力流体切应力（Flow shear stressFlow shear stress）：由血流对血管壁施加的力。）：由血流对血管壁施加的力。体外可采用常流和脉动流循环装置调节切应力大小。体外可采用常流和脉动流循环装置调节切应力大小。l l张应力张应力张应力张应力（Tensile stressTensile stress）：）：体内有心脏搏动，肌肉收缩等张体内有心脏搏动，肌肉收缩等张应力。可采用弹性泡沫或纺织网等载体材料模拟体内的张应力。应力。可采用弹性泡沫或纺织网等载体材料模拟体内的张应力。第28页，共52页，编辑于2022年，星期二细胞生长因子细胞生长

27、因子l l细胞生长因子细胞生长因子细胞生长因子细胞生长因子（Cell growth factorCell growth factor）主要是指在细胞间传递）主要是指在细胞间传递信息、对细胞生长具有调节功能的一些多肽。信息、对细胞生长具有调节功能的一些多肽。l l转移生长因子转移生长因子转移生长因子转移生长因子-（Transforming growth factor-,TGF-Transforming growth factor-,TGF-）：）：一种分泌型的多功能蛋白，可以调节细胞增殖、分化与细胞外基质分一种分泌型的多功能蛋白，可以调节细胞增殖、分化与细胞外基质分泌，参与炎症和组织的修复。泌，

28、参与炎症和组织的修复。l l骨形态发生蛋白骨形态发生蛋白骨形态发生蛋白骨形态发生蛋白(Bone morphogenetic protein,BMP)(Bone morphogenetic protein,BMP)：19651965年于脱年于脱矿化骨的骨基质中发现的，因其能诱导骨、软骨形成而得名。矿化骨的骨基质中发现的，因其能诱导骨、软骨形成而得名。第29页，共52页，编辑于2022年，星期二l l成纤维细胞生长因子成纤维细胞生长因子成纤维细胞生长因子成纤维细胞生长因子（Fibroblast growth factor,FGFFibroblast growth factor,FGF）：是不含）：

29、是不含糖的分子量为糖的分子量为16KD16KD的的单链多肽单链多肽单链多肽单链多肽，因能促进成纤维细胞生长而得名。，因能促进成纤维细胞生长而得名。由于对血管也有较强的促进作用，又称为由于对血管也有较强的促进作用，又称为血管生长因子血管生长因子血管生长因子血管生长因子。可以诱导血。可以诱导血管化、骨形成并促进神经再生。管化、骨形成并促进神经再生。l l表皮生长因子表皮生长因子表皮生长因子表皮生长因子（Epidermal growth factor,EGFEpidermal growth factor,EGF）：是由）：是由5353个个氨基酸组成的氨基酸组成的单链多肽单链多肽单链多肽单链多肽。是表

30、皮细胞和间充质细胞的一种有效的促。是表皮细胞和间充质细胞的一种有效的促分裂剂。能促进伤口愈合，在体外可以刺激角化细胞分裂，在体分裂剂。能促进伤口愈合，在体外可以刺激角化细胞分裂，在体内促进上皮的再生。内促进上皮的再生。第30页，共52页，编辑于2022年，星期二l l神经生长因子神经生长因子神经生长因子神经生长因子 (Nerve growth factor,NGF)(Nerve growth factor,NGF)为神经细胞特异性分为神经细胞特异性分泌的泌的营养蛋白营养蛋白营养蛋白营养蛋白，是具有营养、保护神经元及促进突起生长等生，是具有营养、保护神经元及促进突起生长等生物学功能的神经细胞调节

31、因子。对中枢及周围神经元的发育、物学功能的神经细胞调节因子。对中枢及周围神经元的发育、分化、生长、修复、再生和功能特性均有重要的调控作用。分化、生长、修复、再生和功能特性均有重要的调控作用。l l肝细胞生长因子肝细胞生长因子肝细胞生长因子肝细胞生长因子（Hepatocyte growth factorHepatocyte growth factor，HGFHGF）因最初因最初被发现可剌激肝细胞合成被发现可剌激肝细胞合成DNADNA而得名，是由而得名，是由728728个氨基酸残基组成个氨基酸残基组成的的多肽单链多肽单链多肽单链多肽单链。肝细胞生长因子是目前已知生物活性最广泛的生长。肝细胞生长因子

32、是目前已知生物活性最广泛的生长因子之一，能刺激多种上皮和内皮细胞进行有丝分裂、运动，能因子之一，能刺激多种上皮和内皮细胞进行有丝分裂、运动，能促进肾小管形态发生，在肾脏的发育、再生中具有较强的作用。促进肾小管形态发生，在肾脏的发育、再生中具有较强的作用。第31页，共52页，编辑于2022年，星期二生长因子研究与制备生长因子研究与制备骨形态发生蛋白（骨形态发生蛋白（BMPsBMPs）l l19651965年美国首先从骨基质中分离出年美国首先从骨基质中分离出骨形态发生蛋白骨形态发生蛋白骨形态发生蛋白骨形态发生蛋白，经过，经过2525年才得年才得以纯化。随后克隆了相关基因。以纯化。随后克隆了相关基因

33、。l l原位状态下以原位状态下以ng/gng/g骨基质剂量释放足以促发骨基质剂量释放足以促发骨修复骨修复骨修复骨修复，人工基质需，人工基质需要要mg/gmg/g剂量才能促发骨修复，因此成本非常高。剂量才能促发骨修复，因此成本非常高。l l利用转基因技术将利用转基因技术将BMPBMP基因转染到骨髓细胞中，再将其种植在矿化基因转染到骨髓细胞中，再将其种植在矿化基质上，达到骨修复的目的。基质上，达到骨修复的目的。第32页，共52页，编辑于2022年，星期二三三 技术路线与方法技术路线与方法第33页，共52页，编辑于2022年，星期二（一）细胞接种（一）细胞接种l l浸渍法浸渍法浸渍法浸渍法：将经预湿

34、处理：将经预湿处理材料材料材料材料置于置于细胞细胞细胞细胞悬浮液中实现细胞接种。悬浮液中实现细胞接种。l l沉淀法沉淀法沉淀法沉淀法：将：将细胞细胞细胞细胞液缓慢逐滴滴加到已经预湿的液缓慢逐滴滴加到已经预湿的支架支架支架支架材料上，放置培养材料上，放置培养箱中箱中2-42-4小时，待细胞充分粘附后缓慢加入培养液培养。小时，待细胞充分粘附后缓慢加入培养液培养。l l凝胶法凝胶法凝胶法凝胶法：将高密度：将高密度细胞细胞细胞细胞悬浮液与多种物质如胶原、藻酸纳、几丁质等按悬浮液与多种物质如胶原、藻酸纳、几丁质等按照一定工艺复合照一定工艺复合形成凝胶形成凝胶形成凝胶形成凝胶，细胞均匀地分布于凝胶内。，细

35、胞均匀地分布于凝胶内。l l吸附法吸附法吸附法吸附法：将已预湿的支架：将已预湿的支架材料材料材料材料置于培养皿中的置于培养皿中的细胞细胞细胞细胞悬液中或用滴管将悬液中或用滴管将细胞液滴加在材料上，然后利用细胞液滴加在材料上，然后利用负压负压负压负压使细胞吸附在材料上。使细胞吸附在材料上。第34页，共52页，编辑于2022年，星期二（二）细胞因子的控制释放（二）细胞因子的控制释放l l1.1.在支架材料构建时使细胞因子在支架材料构建时使细胞因子结合在支架材料内结合在支架材料内部部，并能缓慢释放。，并能缓慢释放。l l2.2.包埋或者微囊化包埋或者微囊化包埋或者微囊化包埋或者微囊化是目前控制细胞生

36、长因子释放的一个重是目前控制细胞生长因子释放的一个重要方法要方法第35页，共52页，编辑于2022年，星期二（三）组织工程生物反应器（三）组织工程生物反应器l l1.1.微重力旋转式生物反应器微重力旋转式生物反应器l l（1 1 1 1）转壁式生物反应器）转壁式生物反应器）转壁式生物反应器）转壁式生物反应器：一般由两个内外同心圆柱：一般由两个内外同心圆柱组成。内柱由半透膜构成，气体可通过膜交换。内外组成。内柱由半透膜构成，气体可通过膜交换。内外柱之间充以连续灌注的培养介质。将细胞与培养液置柱之间充以连续灌注的培养介质。将细胞与培养液置入内、外圆柱体。整个装置可以绕内轴旋转，离心力入内、外圆柱体

37、。整个装置可以绕内轴旋转，离心力与重力平衡，为细胞生长提供一个与重力平衡，为细胞生长提供一个微重力环境微重力环境。l l普通培养条件下只能呈二维贴壁生长的哺乳普通培养条件下只能呈二维贴壁生长的哺乳动物细胞表现出动物细胞表现出三维增殖与分化三维增殖与分化三维增殖与分化三维增殖与分化形成有功能的组形成有功能的组织块。织块。第36页，共52页，编辑于2022年，星期二l l（2 2）流体应力生物反应器）流体应力生物反应器l l模拟人体血管应力环境而设计的用于体外构建组织工程化血管的装置。模拟人体血管应力环境而设计的用于体外构建组织工程化血管的装置。l l主要由可以通过循环液体的硅胶管、压力传感器、蠕

38、动泵、储液主要由可以通过循环液体的硅胶管、压力传感器、蠕动泵、储液罐、电磁阀等组成。可通过形成有罐、电磁阀等组成。可通过形成有波动的液流波动的液流波动的液流波动的液流并能控制流量来模并能控制流量来模拟体内血管的应力环境。拟体内血管的应力环境。第37页，共52页，编辑于2022年，星期二第二部分第二部分 组织工程应用组织工程应用第38页，共52页，编辑于2022年，星期二一一 组织工程皮肤组织工程皮肤l l中国每年烧伤、溃疡等皮肤中国每年烧伤、溃疡等皮肤疾病疾病15001500万人，需要皮肤移植万人，需要皮肤移植的约的约350350万，需万，需4 4亿立方厘米。亿立方厘米。第39页，共52页，编

39、辑于2022年，星期二人工表皮、复合人工皮A 表皮B 表皮网状棘C 真皮乳头D 真皮E 皮下组织F 毛发第40页，共52页，编辑于2022年，星期二组织工程皮肤技术路线组织工程皮肤技术路线第41页，共52页，编辑于2022年，星期二构建步骤构建步骤l l（1 1）种子细胞与培养液）种子细胞与培养液l l成纤维细胞：成纤维细胞：DMEMDMEM培养基、培养基、10%10%胎牛血清、青霉素、链霉素等。胎牛血清、青霉素、链霉素等。l l表皮角质形成细胞：表皮角质形成细胞：DMEM+Ham F-12DMEM+Ham F-12培养基、表皮生长因子等。培养基、表皮生长因子等。l l（2 2）支架材料）支架

40、材料l l聚羟基乙酸聚羟基乙酸聚羟基乙酸聚羟基乙酸（PGAPGA）。）。第42页，共52页，编辑于2022年，星期二l l（3 3）构建成纤维细胞）构建成纤维细胞-PGA-PGA复合物复合物l l酶法消化收集真皮成纤维细胞，接种在酶法消化收集真皮成纤维细胞，接种在PGAPGA上，加入培养液培养。上，加入培养液培养。l l（4 4）接种表皮角质形成细胞在前面的复合物上，更换表皮角质形成）接种表皮角质形成细胞在前面的复合物上，更换表皮角质形成细胞培养基培养细胞培养基培养5 5天左右。天左右。第43页，共52页，编辑于2022年，星期二（5 5）双层皮肤成熟）双层皮肤成熟l l将复合物放在可渗透膜上

41、，进行气将复合物放在可渗透膜上，进行气-液界面培养，促进表皮角质形液界面培养，促进表皮角质形成细胞的进一步分化。成细胞的进一步分化。l l再培养再培养1 1周，形成含真皮和表皮两层结构的组织工程化皮肤。周，形成含真皮和表皮两层结构的组织工程化皮肤。第44页，共52页，编辑于2022年，星期二l l难题：难题：难题：难题：l l1.1.血管化：血管生成是指内皮细胞构筑的毛细血管分支和伸展。血管血管化：血管生成是指内皮细胞构筑的毛细血管分支和伸展。血管生成有助于损伤组织的修复。生成有助于损伤组织的修复。l l2.2.毛囊、汗腺等再生。所以美容慎用。毛囊、汗腺等再生。所以美容慎用。l l3.3.排异

42、性。排异性。l l我国人造皮肤我国人造皮肤20072007年第四军医大学开发成功，进入临床阶段。年第四军医大学开发成功，进入临床阶段。第45页，共52页，编辑于2022年，星期二二二 神经修复工程神经修复工程l l神经远端轴突和髓鞘崩溃时，大量吞噬细神经远端轴突和髓鞘崩溃时，大量吞噬细胞侵入，一方面清除轴突髓鞘的碎屑，另胞侵入，一方面清除轴突髓鞘的碎屑，另一方面刺激原来处于休眠状态的一方面刺激原来处于休眠状态的雪旺细胞雪旺细胞雪旺细胞雪旺细胞(Schwann cell(Schwann cell(Schwann cell(Schwann cellSC)SC)SC)SC)分裂和增生，并沿分裂和增生

43、，并沿着每一根神经纤维的神经内膜和基底着每一根神经纤维的神经内膜和基底膜排列成柱状，膜排列成柱状，形成一个潜在的管道形成一个潜在的管道形成一个潜在的管道形成一个潜在的管道（即（即BuengnerBuengner氏细胞带）；再生轴突通氏细胞带）；再生轴突通过过BuengnerBuengner氏细胞带，伸延到终末器官，氏细胞带，伸延到终末器官，恢复其功能。最后产生髓鞘，形成为有髓恢复其功能。最后产生髓鞘，形成为有髓神经纤维。神经纤维。l l（一）种子细胞（一）种子细胞l l雪旺细胞雪旺细胞雪旺细胞雪旺细胞(Schwann cell(Schwann cell(Schwann cell(Schwann

44、 cellSC)SC)SC)SC)：SCSC形成形成能引导再生轴突生长的能引导再生轴突生长的BuengnerBuengner氏细氏细胞带，并能分泌多种细胞因子调控再胞带，并能分泌多种细胞因子调控再生轴突生长。生轴突生长。第46页，共52页，编辑于2022年，星期二（二）支架材料（二）支架材料l l目前比较常用的生物材料是目前比较常用的生物材料是聚羟聚羟聚羟聚羟基乙酸基乙酸基乙酸基乙酸(polyglyeolic acid(polyglyeolic acid(polyglyeolic acid(polyglyeolic acidPGA)PGA)PGA)PGA)和聚乳酸和聚乳酸和聚乳酸和聚乳酸(po

45、lylactic acid(polylactic acid(polylactic acid(polylactic acidPLA)PLA)PLA)PLA)。l l制成直线的丝状有利于制成直线的丝状有利于SCSC排列排列成线状，为形成成线状，为形成BuengnerBuengner氏细胞氏细胞带制造有利条件。带制造有利条件。l l此外材料要此外材料要及时降解及时降解及时降解及时降解，让位给成，让位给成长的有髓神经。长的有髓神经。第47页，共52页，编辑于2022年，星期二（三）生物人工肝（三）生物人工肝l l生物人工肝（生物人工肝（Bioartificial liverBioartificial

46、liver）由肝细胞、）由肝细胞、专用反应器和体外循环系统三大部分组成，是将专用反应器和体外循环系统三大部分组成，是将患者的血桨在体外循环代谢的一种辅助装置。患者的血桨在体外循环代谢的一种辅助装置。l l由许多空心的纤维毛细管集束组成，肝细胞由许多空心的纤维毛细管集束组成，肝细胞在毛细管外空间培养或者粘附在微载体上培在毛细管外空间培养或者粘附在微载体上培养，患者血桨通过泵循环进入毛细管，这样养，患者血桨通过泵循环进入毛细管，这样肝细胞和血桨间分子可以自由交换，肝细胞肝细胞和血桨间分子可以自由交换，肝细胞吸收氧和营养物，脱除血桨中的有害、有毒吸收氧和营养物，脱除血桨中的有害、有毒物质，并将肝细胞

47、代谢物质传输至血桨内输物质，并将肝细胞代谢物质传输至血桨内输送回体内。送回体内。l l提供肝细胞生长因子等生长因子在体外维持正常提供肝细胞生长因子等生长因子在体外维持正常功能。功能。第48页，共52页，编辑于2022年，星期二最新进展最新进展l l成体干细胞再生角膜：成体干细胞再生角膜：成体干细胞再生角膜：成体干细胞再生角膜：l lhttp:/ l干细胞培育人心脏组织：干细胞培育人心脏组织：干细胞培育人心脏组织：干细胞培育人心脏组织：l lhttp:/ l1.1.干细胞诱导分化技术干细胞诱导分化技术l l2.2.种子细胞分离与培养种子细胞分离与培养l l3.3.接种支架材料的方法接种支架材料的

48、方法l l4.4.支架材料的设计与优化支架材料的设计与优化l l5.5.细胞因子的释放、与支架材料相结合的设计，种子细胞表达细胞因子的释放、与支架材料相结合的设计，种子细胞表达l l6.6.血管化血管化l l7.7.复杂性：多细胞协同培养、分化控制复杂性：多细胞协同培养、分化控制l l8.8.体外组织器官再生机理有待揭示体外组织器官再生机理有待揭示第50页，共52页，编辑于2022年，星期二补充阅读文献补充阅读文献第51页，共52页，编辑于2022年，星期二l l本节小结本节小结l l组织工程三要素：种子细胞、支架材料、生长因子组织工程三要素：种子细胞、支架材料、生长因子第52页，共52页，编辑于2022年，星期二