组织工程

• 血管壁中切取弹性基膜，并在其上培养鼠动脉平滑 肌细胞；或用I型胶原制备基质材料与各型血管壁细 胞成分合成血管模型。
组织工程研究内容
▪ 组织工程临床应用
– 组织工程中临床应用是在组织构建完成了动物 试验之后，在人体上的应用，这也是组织工程 的最后一步。目前，组织工程的研究只有活性 皮肤达到了这一步。
▪ 神经组织工程支架材料
– 理想的人工神经是一种特定的三维结构支架的神经导 管，可接纳再生轴突长入，对轴突起机械引导作用， 雪旺细胞支架内有序地分布，分泌NTFs等发挥神经营 养作用，并表达CAM、分泌ECM，支持引导轴突再生。
– 以往用于桥接神经缺损的神经套管材料有硅胶管、聚 四氟乙烯、聚交酯、壳聚糖等。
用于组织工程的新肽生物材料支架
▪ 自然来源的材料
– 几种自然来源的动物产物如基于胶原蛋白的生物支架，它们的衍 生物和生物相容性同聚物已用于细胞吸附的支架。
▪ 合成的肽生物材料支架
– 合成生物材料的最大优点是他们能被设计成符合特定的需要的东 西。通过插入能促进细胞吸附的生物活性基序的例子表明了这样 设计的可塑性
组织工程支架材料
▪ 皮肤组织工程支架材料
– 人工角膜材料要求透明，吸水，有一定的机械 强度，屈光性好等特点，同时，要求可降解。 以前常用的材料为HAMA、PMMA，近来来， 多采用胶原和聚醇酸等材料。
组织工程支架材料
▪ 肝、胰、肾、泌尿系统组织工程支架材料
– 肝、胰、肾、泌尿系统使用的组织工程支架材 料多为可降解材料，目前这方面研究和使用的 材料，主要以天然蛋白、多糖与合成高聚物杂 化的可降解材料。例如：用于肝组织工程支架 的血纤维和聚乳酸，用于泌尿系统的聚乙醇酸 等。
组织 工程
湖州师院 杨建民
目录
▪ 组织工程研究内容 ▪ 组织工程支架材料 ▪ 用于组织工程的新肽生物材料支架 ▪ 组织工程化血管种子细胞研究进 ▪ 组织工程面临的挑战
概况
▪ 组织工程(Tissue Engineering)是近年来正在兴起的 一门新学科，属于生物高技术范畴
▪ 定义：应用生命科学与工程学的原理与技术，在 正确认识哺乳动物的正常及病理两种状态下的组 织结构与功能关系的基础上，研究、开发用于修 复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功 能和形态的生物替代物的一门新兴学科
– 目前用于人工神经导管研究的可降解吸收材料有聚乙 醇酸（PGA）、聚乳酸（PLA）及它们的共聚物等。
组织工程支架材料
▪ 神经组织工程支架材料
– 神经支架材料的功能有两种
• （1） 必须为神经的恢复提供所需的三维空间，即 要保证神经导管具有合适的强度、硬度和弹性，使 神经具有再生的通道。
• （2） 要保证其有理想的双层结构：外层提供必要 的强度，为毛细血管和纤维组织长入提供营养的大 孔结构；内层则可起到防止结缔组织长入而起屏障 作用的紧密结构
• （1） 有一定机械强Leabharlann Baidu以支撑组织的高强度材料，以保证材料 植入人体后，有支撑体的重量，不改变骨骼形状。
• （2） 有一定生物活性可诱导细胞生长、分化，并可被人体降 解吸收
– 分为两类，即生物降解和非生物降解型
• 高聚物（碳素纤维，涤纶，特氟隆），金属材料（不锈钢，钴 基合金，钛合金），生物惰性陶瓷（氧化铝，氧化锌，碳化 硅），生物活性陶瓷（生物玻璃，羟基磷灰石，磷酸钙）等
组织工程研究内容
▪ 组织器官的构建
– 1．骨组织构建
• 构建组织工程骨的方式有几种：①支架材料与成骨 细胞；②支架材料与生长因子；③支架材料与成骨 细胞加生长因子。
• 生长因子通过调节细胞增殖、分化过程并改变细胞 产物的合成而作用于成骨过程
组织工程研究内容
▪ 组织器官的构建
– 2．组织工程血管构建
• 纤维蛋白凝胶、胶原凝胶、聚乳酸、聚醇酸及其共聚体、聚乳 酸和聚羟基酸类、琼脂糖、壳聚糖和透明质酸等多糖类。
图一：一名7岁男孩 沈某因车祸造成颅骨
6×6厘米缺损
图二：采用组织工程技术构建的颅骨 移植修复，经4个月随访，这块占颅骨 总面积达1／6的组织工程化颅骨在人 体内稳定存在，生长良好。
组织工程支架材料
组织工程研究内容
▪ 组织工程研究包括以下四个方面
– 种子细胞研究 – 细胞外基质的研究 – 组织器官的构建 – 组织工程临床应用
组织工程研究内容
▪ 种子细胞研究
– 种子细胞的培养是组织工程的基本要素，细胞主要来 源于自体、同种异体、异种组织细胞等。自体组织细 胞应为首选
• 1．载体等技术用于细胞的快速增殖 • 2．干细胞工程 • 3．采用各种生长因子和端粒酶调节与延缓细胞的老化 • 4．采用各种方法（包括自身转化、化学、物理、病毒等方法）
用于组织工程的新肽生物材料支架
▪ 理想的候选生物材料支架
– (1)有易于设计和修饰的基本单元； – (2)该材料的生物降解速度可调控； – (3)没有细胞毒性； – (4)具有能特异促进或抑制细胞-材料相互作用的
特性； – (5)能引发的免疫反应和炎症最小； – (6)材料的生产、纯化和处理是容易的并可升 – (7)有与水溶液和生理条件的化学相容性。
组织工程支架材料
▪ 血管组织工程支架材料
– 结构上也分为双层 ：内层是与血液相容性好的 生物活性材料，该类材料要求不仅具有生物活 性，同时还要具有抗凝血和抗溶血作用
– 类型：最早的外层材料一般为尼龙、聚酯等无 纺布或无纺网等。目前，该类材料应用较多的 为胶原或明胶蛋白包埋的或表面处理的可降解 材料的无纺网，例如：聚乳酸、聚羟基酸和多 肽等的无纺布或无纺网等
▪ 组织工程和修复
– 生物材料已广泛用于组织工程。最近在生物材料和细胞相互作用 的工作集中在空腔（膀胱）和骨组织工程的生物材料的物理特性 和维度。
▪ 设计更好的人工肽生物材料支架
– 未来在合成的生物材料支架的工作将注重具有更复杂的材料几何 构象和诸如更强的抗拉能力的生物材料的设计。将生物活性基序 插入肽生物材料中将刺激编织这些材料成良好结构的处理过程的 发展。
速率可根据不同细胞的组织再生速率而进行调整。
组织工程研究内容
▪ 细胞外基质的研究
– 组织工程所应用的材料
• 天然ECM ：采用胶原制作人工皮和血管的模型 • 人工的ECM ：聚乳酸、聚羟基乙酸、两者的共聚物
（PGA-PLA）、聚ρ-羟基丁酯（PHB）；聚乳酸-已 内酯的共聚物（PLC）、聚原酸酯、聚磷本酯、聚 酸酐 • 天然高分子同合成高分子的复合物 ，如胶原-PCA的 复合物等 • 有机材料同无机材料的复合物，如羟基磷灰石-甲壳 素的复合物，羟基磷灰石-PLA的复合物等
组织工程面临的挑战
▪ 寻找生产细胞和组织的最佳途径远非一帆风顺的事情
– 我们还不能从骨髓中分离出于细胞和起源细胞的培养物而同时又 不让结缔组织细胞如成纤维细胞混入其中
– 科学家必须开发出在所谓生物反应器中大量培育细胞的更加先进 的方法
▪ 了解怎样调节细胞行为是又—个重大挑战。 ▪ 制造可生物降解并且不会诱导瘢痕组织形成的新材料是组
组织工程支架材料
▪ 一、骨组织工程支架材料 ▪ 二、神经组织工程支架材料 ▪ 三、血管组织工程支架材料 ▪ 四、肌腱组织工程支架材料 ▪ 五、皮肤组织工程支架材料 ▪ 六、 角膜组织工程支架材料 ▪ 七、 肝、胰、肾、泌尿系统组织工程支架
材料
组织工程支架材料
▪ 骨组织工程支架材料
– 必须具备以下两个功能
组织工程支架材料
▪ 肌腱组织工程支架材料
– 肌腱与韧带组织中的功能细胞分别是肌腱细胞和成纤 维细胞，二者在组织来源上均属成纤维细胞型，但肌 腱细胞分泌Ｉ型胶原，而成纤维细胞分泌Ｉ、Ⅱ型胶 原。因此，肌腱组织支架材料必须可降解，但一定要 是降解时间较长的材料。
– 类型：20世纪70年代肌腱支架材料一般使用硅橡胶、 尼龙聚酯、碳纤维等，目前使用的多是聚酯聚二氧杂 环烷等。
诱导细胞发生转化，使其倍增时间减少，永生化或生命期延长， 也是一个努力方向
组织工程研究内容
▪ 细胞外基质的研究
– ECM均质状态的基质（蛋白多糖、糖蛋白）和细丝状 的胶原纤维
– ECM是细胞附着的基本框架和代谢场所，其形态和功 能直接影响所构成的组织形态和功能
– 理想的ECM应具有以下特点
• ①生物相容性好②有可吸收性③ 有可塑性 • ④表面化学特性和表面微结构利于细胞的粘附和生长 ⑤降解
▪ 组织工程研究主要包括四个方面：种子细胞、生 物材料、构建组织和器官的方法和技术以以及组 织工程的临床应用
组织工程研究内容
▪ 组织工程的核心
– 建立细胞与生物材料的三维空间复合体，即具有生命 力的活体组织，用以对病损组织进行形态、结构和功 能的重建并达到永久性替代
▪ 基本原理和方法
– 将体外培养扩增的正常组织细胞，吸附于一种生物相 容性良好并可被机体吸收的生物材料上形成复合物， 将细胞-生物材料复合物植入机体组织、器官的病损病 分，细胞在生物材料逐渐被机体降解吸收的过程中形 成新的在形态和功能方面与相应器官、组织相一致的 组织，而达到修复创伤和重建功能的目的。
织工程的一个新兴领域，它提出了许多挑战 ▪ 开发组织保存新方法以确保组织工程产品在从工厂到手术
室的途中以良好的功能状态存活，且不会在移植过程中死 去
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