组织工程皮肤及其生物反应器的研究进展
组织工程在皮肤科的应用
组织工程在皮肤科的应用一、引言组织工程，作为一种新兴的生物工程技术，通过模仿天然组织的结构和功能，构建具有生物活性的组织，为临床治疗和皮肤修复提供了全新的解决方案。
随着科技进步和研究的深入，组织工程在皮肤科领域的应用日益广泛，为皮肤疾病的治疗和皮肤损伤的修复带来了革命性的突破。
本文将深入探讨组织工程的基本原理，其在皮肤科的应用实例，以及未来的展望与挑战。
二、组织工程的基本原理组织工程的核心原理是利用细胞、生物材料和生长因子等基本要素，在体外构建具有一定形态和功能的组织。
首先，选取适宜的种子细胞，如皮肤成纤维细胞或角质形成细胞，这些细胞在适当的条件下能够增殖并形成新的组织。
其次，选择合适的生物材料作为支架，为细胞提供三维生长空间。
支架的材质和结构设计对于组织的生长和发育至关重要。
最后，通过添加适当的生长因子等生物活性物质，调控细胞的生长和分化，促进组织的形成。
三、组织工程在皮肤科的应用实例组织工程在皮肤科的应用主要集中在皮肤损伤修复、皮肤疾病治疗以及皮肤美容等领域。
1.皮肤损伤修复：烧伤、创伤、溃疡等皮肤损伤是皮肤科常见的临床问题。
组织工程皮肤作为一种理想的修复材料，已在临床试验中显示出显著的治疗效果。
组织工程皮肤由皮肤细胞和生物材料支架构成，具有与天然皮肤相似的结构和功能。
这种人工皮肤可用于覆盖伤口，促进皮肤再生和修复。
2.皮肤疾病治疗：组织工程还可以应用于治疗各种皮肤疾病，如皮肤肿瘤、银屑病、白癜风等。
例如，利用组织工程技术构建的肿瘤模型可用于药物筛选和疗效评估，为肿瘤治疗提供更精确的方案。
对于银屑病等炎症性皮肤病，组织工程皮肤可用于移植健康的皮肤到病变区域，缓解症状并促进疾病的恢复。
3.皮肤美容：随着人们对美的追求不断提高，组织工程技术在皮肤美容领域的应用也逐渐增多。
例如，利用组织工程构建的人工皮肤可以用于填充皱纹和疤痕，改善皮肤质地和外观。
此外，组织工程还可用于生产具有特定功能的皮肤替代品，如防水、防晒或具有抗菌性能的皮肤。
组织工程技术在人工皮肤中的应用研究
组织工程技术在人工皮肤中的应用研究近年来，随着生物医学技术的快速发展，人工皮肤的研究与开发成为了热门话题之一。
其中，组织工程技术在人工皮肤中的应用研究更是备受关注。
本文将针对该主题进行探究和分析，探讨组织工程技术是如何应用于人工皮肤的制造过程中，以及其在改善治疗效果等方面的贡献。
一、组织工程技术是如何应用于人工皮肤的制造过程中?组织工程技术，也称为组织构建技术，是指以细胞为基础，利用生物材料为支架架构形成三维的细胞规模结构的技术。
在人工皮肤的制造中，组织工程技术被用于制作基础结构，即带有细胞的人工皮肤。
具体而言，包括以下几步：1. 细胞种植：在生物材料上种植人类皮肤细胞，例如角质细胞、成纤维细胞、基底细胞等。
2. 生长：细胞在生物材料上生长繁殖，形成人工皮肤的组织学结构。
3. 不断更新：不断为人工皮肤提供新陈代谢所需要的养分，以保持组织构建质量。
其中，组织工程技术在人工皮肤的制造中，扮演了至关重要的角色。
它不仅能够更加精确地模拟人类皮肤的组织器官结构和功能，帮助医生更好地治疗皮肤疾病，还能够减轻皮肤缺损带来的痛苦，提高治疗效果。
二、组织工程技术在人工皮肤治疗中的贡献在人工皮肤的治疗方面，组织工程技术的应用也很广泛。
以下是对几种部分疗法的介绍：1. 烧烫伤所致表皮层破损的治疗利用组织工程技术，制造出当下可观察区域最大的带有之上和下部结构的表皮组织肠。
通过去除人工皮肤后，确保其中介绍的表皮层在人类体表的发布位置。
2. 压力疮的治疗利用组织工程技术，制造出类似于生物的结构与功能的人工皮肤，用于压力疮治疗上。
组织工程技术可以更好地模拟人类皮肤的组织器官结构和功能，有助于治疗和修复脆弱皮肤，改善其受压情况，以各种方式减轻压头的压力，达到治疗效果。
3. 慢性创面的疗法组织工程技术可以更加精确地模拟人体皮肤的结构和功能，因此可以用于慢性创面的治疗。
通过使用人工皮肤，不仅可以促进愈合，而且可以有效地预防感染。
4. 皮肤瘢痕的治疗组织工程技术通过利用人工皮肤来修复皮肤瘢痕。
各种生物反应器的研究和开发
各种生物反应器的研究和开发生物反应器是一种可以养殖和保护生物的装置，其主要作用是通过不同的化学反应和物理过程，促进细胞的生长和分裂，进而实现生物转化。
由于其应用广泛，包括制药业、食品加工、环境保护等领域，因此生物反应器的研究和开发已成为当前科研界的热点之一。
一、生物反应器的类型生物反应器根据其结构和功能的不同可以分为多种类型。
例如，摇床反应器（Shaker）是一种常见的生物反应器，主要用于生物质的培养和研究。
另外，气液固三相交替反应器和循环式反应器也是常见的反应器，它们可以用于制药行业中的细菌发酵和蛋白质表达。
二、生物反应器的研究方向生物反应器的研究方向主要包括以下几个方面：1. 基于细胞自组装的生物反应器细胞自组装是组织工程和再生医学领域中的一个新兴技术，可以将细胞从非结构化状态转化为组织或器官的基本尺度单元。
基于细胞自组装的生物反应器可以制造出定向、高效和重复生产的组织或器官，大大降低了组织工程和再生医学的成本和风险。
2. 基于生理学特性的生物反应器基于生理学特性的生物反应器是目前广泛研究的一个领域，主要包括基于细胞外基质和细胞信号转导等生理学特性的生物反应器。
这些反应器可以有效地模拟人体内的微环境，改善人体健康和治疗疾病的效果，因此在医药行业中应用广泛。
3. 基于纳米材料的生物反应器基于纳米材料的生物反应器主要是通过界面作用和表面修饰等手段，实现对生物微环境的微观调控。
这种反应器具有高灵敏度、高特异性和高效率等优点，可以应用于药物传递、生物成像、分子诊断和治疗等领域。
三、生物反应器的应用生物反应器的应用涵盖了制药行业、食品加工、环境保护等多个领域。
在制药行业中，生物反应器主要被用于生物合成、药物发酵和蛋白质表达等方面。
以蛋白质表达为例，目前广泛应用的生物反应器包括摇床反应器、气液固三相交替反应器和循环式反应器等，这些反应器能够提高蛋白质的产量和纯度，降低制备过程中的成本和风险。
在食品加工中，生物反应器主要被用于酸奶、酒精、醋剂、发酵食品等的生产中。
组织工程皮肤的研究与进展
摘 要
背 景 ： 因 烧 伤 或 外 伤 造 成 的 大 面 积 皮 肤 缺 损 的 病 例 中 ， 织 工 程 化 皮 在 组 肤 为 其 提 供 了新 的 治 疗 方 向 ， 因此 ， 究 皮 肤 组 织 工 程 的 相 关 种 子 细 胞 研 及 支 架 具 有 重 要 意 义 ， 成 为 当 今 的研 究热 点 。 已 资 料 来 源 ： 用 计 算 机 检 索 Ｐ ｂ ｄ数 据 库 １ ９ 一 ，Ｏ ７ Ｏ 应 ｕ ｍｅ ９ Ｏ 们 ２ Ｏ 一 １有 关 皮
通讯作者 ： 王春 梅 ， 士 ， 博 副教 授 ， 士 生导 师 ， 国 医 学科 学 院 协 和 医科 硕 中 大 学 整 形 外科 医院 ， 京 市 １ Ｏ ４ 北 Ｏ０１
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肤 组 织 工 程 的 文 章 ， 索 词 “ ｓ ｕ ｎ ｉｅ ｒｄ ｓ ｉ， ｔｍ ｅｌ， 定 文 检 Ｕ ｓ ｅｅ ｇｎ ｅｅ ｋｎ ｓｅ ｃ ｌ 限 ”
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组织工程在皮肤再生中的研究进展
组织工程在皮肤再生中的研究进展皮肤是人体最大的器官，它不仅起到保护身体内部组织和器官的作用，还参与调节体温、感知外界环境等重要生理过程。
然而，由于烧伤、创伤、慢性疾病等原因，皮肤受损的情况屡见不鲜。
传统的治疗方法如自体皮肤移植、异体皮肤移植等存在着供体不足、免疫排斥等问题。
组织工程的出现为皮肤再生带来了新的希望，其在皮肤再生领域的研究取得了显著的进展。
组织工程是一门融合了生物学、工程学和医学的交叉学科，旨在通过构建生物活性替代物来修复、维持或改善受损组织或器官的功能。
在皮肤再生方面，组织工程主要涉及种子细胞、支架材料以及细胞与支架材料的相互作用等关键要素。
种子细胞是皮肤组织工程的基础。
成纤维细胞是皮肤真皮层的主要细胞类型，能够合成胶原蛋白、弹性纤维等细胞外基质成分，对于维持皮肤的结构和功能起着重要作用。
角质形成细胞则是表皮层的主要细胞，负责形成皮肤的屏障功能。
此外，干细胞如间充质干细胞、表皮干细胞等也因其具有自我更新和多向分化的潜能而成为研究的热点。
这些干细胞可以分化为成纤维细胞、角质形成细胞等皮肤细胞类型，为皮肤再生提供了丰富的细胞来源。
支架材料为种子细胞的生长和分化提供了三维空间和适宜的微环境。
天然材料如胶原蛋白、透明质酸、壳聚糖等具有良好的生物相容性和生物可降解性，但力学性能相对较差。
合成材料如聚乳酸、聚乙醇酸等具有较好的力学性能和可调控性，但生物相容性有待提高。
为了克服单一材料的局限性，研究人员开发了多种复合材料，如胶原蛋白/聚乳酸复合支架、透明质酸/壳聚糖复合支架等，以更好地满足皮肤再生的需求。
细胞与支架材料的相互作用对于皮肤再生至关重要。
支架材料的表面形貌、孔隙率、孔径大小等物理特性以及化学组成都会影响细胞的黏附、增殖和分化。
例如，具有适当粗糙度和孔隙结构的支架材料有利于细胞的黏附和迁移，而表面修饰特定的生物活性分子如生长因子、多肽等可以促进细胞的功能表达。
此外，细胞在支架材料上的接种密度、接种方式以及培养条件等也会对皮肤再生的效果产生影响。
组织工程技术在皮肤修复中的应用及其相关分子机制分析
组织工程技术在皮肤修复中的应用及其相关分子机制分析皮肤是人体最大的器官，也是最容易受到外界刺激损伤的器官。
而随着科技的不断进步，组织工程技术已经成为了一种新型的皮肤修复方法。
本文将就组织工程技术在皮肤修复中的应用及其相关分子机制进行深入的研究与分析。
一、组织工程技术的定义组织工程学是一门交叉学科，其目标是通过生物、材料和工程学手段重新构建组织或器官，促进受损组织的再生和修复。
具体的操作过程即是在细胞、材料和生物学辅助支架的帮助下，让细胞重新生长、成熟、进化，形成新的组织结构，最终实现组织的修复和再生。
二、组织工程技术在皮肤修复中的应用皮肤是组织工程学研究的重点之一，因为皮肤是最易损伤的器官。
组织工程技术有望成为一种有效修复皮肤的方法。
比如，如果一个人的皮肤受到了损伤，那么可以通过组织工程技术使用细胞和支架等生物学材料重新构建皮肤组织结构。
这种方法可以大幅度缩短恢复时间，并可以联合使用皮肤移植等方法，使得最终皮肤的再生和修复效果得到最大化。
目前，一些国际研究机构已经在对组织工程技术在皮肤修复中的应用方面进行了很多研究。
例如，日本的研究机构就是在使用组织工程技术重新修复了一名烧伤患者的皮肤组织。
这个患者原本因身体接触高热煤气而严重烧伤。
基于组织工程技术，研究人员利用 stem cell 进行皮肤细胞培养，然后将这些皮肤细胞种植到支架中。
该病人的烧伤区域最终得到了很好地恢复。
三、组织工程技术在皮肤修复中的相关分子机制分析1. 组织重构与皮肤再生皮肤受损后，组织工程技术方法的基本原则之一是重构皮肤组织。
理论上，只要在皮肤损伤的区域中培养出适当的细胞，并且以适当的方式生长和分化，最终便可以着手修复、重建受损的皮肤组织。
2. 多种生长因子的供应组织工程学方法的另一个主要机制是供应外部细胞所需的生长因素和导向性的生长因素。
例如，布美切塔次单位使用了血管生长因子、表皮生长因子、角质细胞生长因子和血液凝块等生长因子，使细胞重构新的组织，并慢慢恢复皮肤功能。
皮肤组织工程研究现状
ｈｓ ｒ ｔ 认 养 的表皮 细胞 悬 液 治疗 大 面积 全 层 皮肤 缺 损 ， 得 一 定 原性 的 表 皮 细 胞 的 排 斥 反 应 有 关 。 Ｃ ｅ ｅ 等 Ｊ 为 取 效果 。 １７ ９５年 ， ｈｉ ａ Ｒ ｅｗｌ ｎ ｄ和 Ｇｅｎ等 利 用 ３ ３鼠 成 尽 管少 量 临 床 研 究 证 明 提 高 了 愈 合 率 ， 是 异 体 表 皮 ｒ ｅ Ｔ 但
１ 表 皮 替代 物 （ｐｄｒ ｌ ｑ ｉａ ｎｓ ｅ ｉｅｍａ ｅｕｖｌ ｔ） ｅ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
养 的 表 皮 细胞 理 论 上 可 被 受体 接 受 。实 际 情 况 是 异 体
表 皮膜 片移 植 后 异 体 表 皮 细 胞 较 难 在 创 面 长 期 存 活 ，
１１ 表 皮细 胞悬 液 ．
１５ ９２年 ， ｉｎｈｍ等 首 先 用 培 多 被 自体 细 胞 逐 渐 取 代 ， 测 可 能 与 机 体 对 恢 复 免 疫 Ｂｌ ｇａ ｌ ｉ 推
术 。 正 确认 识 正 常 及 病 理 两 种 状 态 下 的 组 织 结 构 与 在
ｔｒ Ｅ Ｇ）新 生 儿 Ｋ ｏ， Ｆ ， Ｃ的 培 养 寿 命 可 以增 加 ５ ～ １０ ０ ５
Ｆ Ｃ的 增 殖 ， 制 其 分 抑 功 能关 系 的基 础 上 ， 究 、 发 用 于 修 复 、 护 、 进 人 代 。后 来 研究 显 示 Ｅ Ｇ 可 促 进 Ｋ 研 开 维 促 ５。文 献显 示 ［ 自体 表 皮 膜 片 覆 盖 创 面 后 ， 形 成 ］ 可 体 各种 组 织 或 器 官 损伤 后 的形 态 和 功 能 的 生 物 替 代 物 化
易 发 生感 染 。 由 于 缺 乏 真 皮 支 持 ， 合 过 程 中形 成 的 愈
组织工程皮肤的研究及应用
组织工程皮肤的研究及应用摘要组织工程皮肤是目前组织工程领域研究的热点,也是该领域发展最成熟的成果。
国外许多组织工程皮肤产品已经被FDA批准进入临床应用。
本文就组织工程皮肤的种类及应用进行综述。
关键词组织工程皮肤应用1987年华盛顿国家科学基金会生物工程会议上首次提出了组织工程的概念,它是指运用工程科学、生命科学的原理和方,法从根本上认识正常和病理的哺乳动物的组织结构-功能关系,并研究生物学替代物以恢复、维持和改进功能。
皮肤是人体最大的器官,是机体与外界环境接触的屏障,具有保护、分泌、代谢、感觉等重要功能。
然而各种原因造成皮肤缺损常常需要大量的皮肤进行修复。
在自体皮源不足的情况下,皮肤替代物的研究就成为组织工程领域的一个热点。
而且组织工程皮肤也是组织工程领域发展最成熟的,国外许多产品已经被FDA批准进入临床应用。
组织工程皮肤经历了表皮替代物、真皮替代物、全层皮肤替代物的发展过程。
组织工程皮肤种类表皮替代物:①Epicel:1975年Rheinwaid和Green等利用经致死量照射的3T3成纤维细胞作为滋养层培养人角质形成细胞,角质形成细胞在高Ca2+浓度下培养4周可以连接成片,形态与天然人表皮极为相似,解决了上皮细胞体外传代扩增的难题。
随着研究的深入,人工表皮开始应用于临床使用并渐形成商品化的表皮替代物,如Epicel,由美国Genzyme Biosurgery 公司生产。
它是分离患者自身的角质形成细胞和鼠细胞共培养所形成的表皮替代物。
②EpiDex:是一种新奇的皮肤替代物,是采用患者毛囊外毛根鞘细胞作为种子细胞培养所得的表皮替代物,种子细胞保持了较高的增殖力,种子细胞的增殖力与患者的年龄大小无关。
表皮替代物具有供皮面积小、细胞数大量扩增、异体膜片可迅速覆盖创面等优点。
但是培养的大多是成熟或比较成熟的细胞,扩增次数有限;培养周期长,费用昂贵;缺乏真皮的机械支持和营养,故耐磨性、弹性差,易挛缩,易自发形成水疱等,限制其在临床的广泛应用。
组织工程皮肤的研究及应用
扩增次数有 限 ； 培养周期长 ， 费用 昂贵 ； 缺 乏真皮 的机 械支持 和 营养 ， 耐磨 性 、 故 弹 性差 ， 易挛缩 ， 自发形成水疱等 ， 易 限制其
在临床的，泛应用 。
全层皮肤替代 物 ： ｐｉ ａ：９ ８年 ①Ａ ｌ ｒｆ１９ ｇ 由 Ｏ ｇｎ ｇｎ ｓ 公 司注册 生 产 。将新 生 ｒａｏｅｅｉ ｓ
种 真皮 替 代 物 。是 采 用 新 生 儿 包 皮 成 纤 维 细胞 种 植 于 聚乳 酸 、 羟 基 乙 酸纤 维 网 聚
气液界面培养 １—２周 。无 论从 形态 、 生
物化学行为还 是在代谢 方 面均类似 于人
类正常皮 肤 ， 目前最成熟 的既含有表皮 是
关键词
２ Ｏ ２． ０９
公 司 与第 四 军 医 大 学 合 作 生 产 的 Ａ — ｃ ｔ ｓｉ。其优点 是 制 作 过程 中未 使 用交 ｉ ｋｎ ｖ 联剂 ， 明显 的不 良反应 ； 供 了双 层皮 无 提 肤结构 ， 一次手术完成 。而缺点是易被胶
成纤维细胞 、 细胞外基质 和可 降解生物材 料构成的人 工真皮 。其 具有有 效减 少创 面收缩 ， 促进接种其上 的表皮细胞膜片黏 附、 生长 ； 胶原酶活性好 ； 抗 对创面要求不 高， 尤其适用 于感 染创 面 的修复 ； 避免 使 用胶原传播疾病 的风 险； 移植 后无 免疫反 应等优点 。但也 存在 制备 中需大 量 的成
替 代 物 以恢 复 、 持 和改 进 功 能 。皮 肤 是 维
原酶降解 ， 支架寿命较短 ； 韧性 较差 ， 手术 操 作难 。② Ｏｃｌ支 架 由双 层 胶原 基 质 ｒｅ：
构成 ， 上层是经包被的 胃蛋 白酶处理 过的
组织工程及其研究进展
种子细胞
细胞是组织再生的关键
获得数量充足、不会引起机体免疫排斥反应且具有 再生活力的种子细胞是开展组织工程研究的前提和基 础。
用于组织工程的种子细胞必须具有形成新组织结 构的能力，主要来源于自体( autogenous) 、同种异体 ( allogenous) 或异种( xenogenous) ，在具体应用时各 有利弊。
2．人工的ECM
目前研究最多订有聚乳酸、聚羟基乙酸、两者的共聚物、 聚ρ-羟基丁酯；聚乳酸-已内酯的共聚物、聚原酸酯、聚 磷本酯、聚酸酐等。
这些材料的共同特点是：具有生物相容性及可塑性，在 体内可逐步分解为小分子如乳酸、羟基乙酸等，目前研 究主要集中于人工材料的改性、复合某些生长因子等。 尽管这些聚合物植入体内会出现或多或少炎症反应，但 有望通过进一步的纯化而减弱或消失。
组织工程及研究进展
主要内容
1.组织工程的简介 2.组织工程的研究背景 3.组织工程的研究内容 4.组织工程存在的问题
1.简介
组织工程是近年来正在兴起的一门新学科，属于 生物高技术范畴。
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。
除干细胞外，其他细胞也可以作为组织工程种子细胞， 如: 内皮细胞、上皮细胞、成纤维细胞、骨细胞、成骨细胞、 角质细胞、前脂肪细胞、脂肪细胞、肌腱细胞等。
种子细胞的要求
采用非侵入手段或微创手段即可获得； 分裂增殖能力强； 功能旺盛； 无免疫排斥反应； 能连续传代，并且传代培养后不发生形态、功能以 及遗传物质的改变。
皮肤组织工程的研究与应用
皮肤组织工程的研究与应用皮肤是人体最外层的重要保护器官，它不仅是外部环境与内部身体之间的屏障，还扮演着控制温度、水分和感知刺激的功能。
然而，在某些疾病或创伤情况下，皮肤的功能可能会受到破坏，这时就需要进行皮肤组织工程相关的研究和应用。
皮肤组织工程是将体外培育出的细胞或者生物材料组装成人工皮肤，再将其移植到患处进行修复的一项技术。
1. 皮肤组织工程的基本原理皮肤组织工程从理论上可以分为三个步骤：细胞的采集和培育、载体的构建与材料的使用、移植和修复。
第一步是细胞的采集和培育，细胞来源可以是自体的或异体的，自体细胞来源比较困难，一般是通过组织工程技术从受体皮肤组织中获取，而异体细胞来源要相对容易得多；第二步是载体的构建与材料的使用，包括基质材料的选择、材料在维持皮肤细胞生长的物理和化学特性、细胞内与基质的相互作用，以及细胞状态与形态等因素的影响，具有重要的作用；最后是移植和修复，移植后新皮肤需要具备与原皮肤相近的功能，实现挽救、修复皮肤的目的。
2. 皮肤组织工程的应用皮肤组织工程的应用非常广泛，其中包括创面的修复、烧伤后的肤色和功能恢复、皮肤癌切除后的部分缺损修复和改善等。
这些应用需要根据需要确定最佳材料和技术方案，以达到理想的效果。
更重要的是，移植后的皮肤应能与原皮肤保持相似的物理特性和生理生化信号传递，才能更好地完成修复任务。
3. 皮肤组织工程的挑战和发展方向皮肤组织工程作为一项新兴技术，尚面临着一些挑战和困难，主要涉及细胞培育中的杂交现象、载体中的生物安全问题、皮肤组织工程中的功能评估等问题。
为了解决这些问题，可开展细胞工程、信号通路工程、材料科学等相关研究。
此外，还可以采用新材料和仿生学设计，探索细胞与基质之间的相互作用和信号交流。
纳米技术、多功能化结构等创新技术也有望在皮肤组织工程中发挥更大的作用，加速应用范围和技术进步。
总之，皮肤组织工程作为未来医学的一门新技术，将极大地改善人们的生活质量，具有广泛的应用前景。
组织工程生物反应器的研究进展
组织工程生物反应器的研究进展标签：:组织工程;生物反应器;研究组织工程是指用工程科学和生命科学的原理和主法,制备组织和器官替代物,以恢复、维持或改善人体组织、器官的功能,是一个发展迅速、意义深远的生物医学工程应用领域。
而目前,骨组织是仅次于血液的第二大移植物,正需要与组织工程学结合,解决大量需求的问题。
阻碍骨组织工程发展和临床应用的主要因素至少包括两点:(1)对调控组织的功能化培养的物理-生物化学因素知之还少;(2)高昂的生产成本和缺乏商业化的功能性组织工程产品。
而解决上述问题,组织工程生物反应器的角色至关重要。
组织工程生物反应器与细胞规模化扩增,细胞在基质上高密度、均匀化生长,营养物的供给和代谢物的移除等重要物质传递过程式,以及对细胞所施加的力学刺激密切相关。
它一方面可成为研究组织细胞培养的不同环境因素如何影响特定细胞、组织的三维功能化培养的重要技术手段,另一方面它是改进功能化组织质量、降低生产成本的关键之一;同时它也是组织工程从实验到标准的工业化、规模化生产,到临订应用过程中的一个关键环节。
目前应用于骨组织工程的生物反应器主要有搅拌式生物反应器、灌注式生物反应器和旋转壁式生物反应器三大类。
本文将就以上三种反应器的力学环境、细胞接种和传质作用综述如下:1力学环境在生理状态下,骨组织为适应机体活动所需的物理支持而在不断的改建和塑形,以满足不同个体对动作或姿势的特殊需求,当骨组织长期失去正常的力学刺激,骨骼可出现明显的脱钙、疏松。
在体内,成骨细胞所处的这种力学环境极为复杂,而在体外细胞培养的基础上力学刺激通常分为压应力系统、张应力系统、流体剪切应力系统和离心力培养系统。
1.1搅拌式生物反应器其主要原理是通过叶轮或是浆式搅拌器搅动培养液从而提供传质能力,为细胞培养提供一定的氧浓度和均匀的养分分布的环境,有利于细胞保持天然形态,并维持其新陈代谢在正常的生理范围。
但由于是通过搅拌,使培养液中的切应力较大,从某种意义上来说这是不适合组织工程式细胞和组织的培养。
把握和优化生命——以人造皮肤为例浅谈组织工程
把握和优化生命——以人造皮肤为例浅谈组织工程于佳五指并拢时，一只手掌的表面积是全身体表面积的1%，这样你就可以想象得出皮肤是人体最大的器官。
同时，皮肤也是极其重要的器官，具有保护内部组织减少外来力量挤压造成的伤害、阻止体内营养物质丧失、阻止往来微生物的入侵等功能。
通常情况下，受到较轻损伤的皮肤可以自我恢复，但如果遭遇大面积烧伤，面对感染的风险，等待皮肤自愈就不再可行了，这时就需要植皮，因此用来解决燃眉之急的人造皮肤应运而生。
一、技术原理：组织工程+细胞生物学组织工程定义：应用生命科学和工程学的原理和技术，在正确认识哺乳动物正常及病理两种状态下组织结构和功能关系的基础上，研究、开发用于修复、维护和促进人体各种组织或器官损伤后功能和形态生物替代物的学科。
组织工程的一般原理：从机体获取少量的活体组织，用特殊的酶或其它方法将细胞(又称种子细胞) 从组织中分离出来并在体外进行培养扩增，然后将扩增的细胞与具有良好生物相容性、可降解和可吸收的生物材料按一定的比例混合，使细胞粘附在生物材料上形成细胞- 材料复合物。
将该复合物植入机体的组织或器官病损部位，随着生物材料在体内逐渐被降解和吸收，植入的细胞在体内不断增殖并分泌细胞外基质，最终形成相应的组织或器官，达到修复创伤和重建功能的目的。
简化版：1、基础—种子细胞2、桥梁—生物材料3、核心—组织构建图解版：类似地，人工皮肤的原理：二、技术应用目前人工皮肤主要用于治愈烧伤患者和其他皮肤病患者身上大面积的创伤三、优缺点分析1、优点①痛苦小：与把患者身上健康的皮肤取下一直到烧伤部分这种传统的方法比，减少了二次手术对于患者的伤害；②避免移植排斥：相对移植异源性皮肤而言，移植起源于人体细胞的人造皮肤相容性良好，安全可靠；③产量高：指甲盖大小人体皮肤组织可以制造出一块足球场大小的人造皮肤；④灵活性好：可以根据不同的需求改变材料的结构、成分、性能，增加应用的灵活性；⑤便于保存和运输。
最新皮肤组织工程生物材料研究进展
皮肤组织工程生物材料研究进展摘要：现在，越来越多的生物材料涌现出来，并且应用到了很多领域，它给我们带来了很多便利，也让我们能够拥有更健康的身体。
皮肤组织工程生物材料的发展是其中一个正在高速发展的方面，其中发展最快的就是人造皮肤工程了。
关键词：皮肤组织工程生物材料人造皮肤支架材料种子细胞生长因子一、皮肤（一）、结构皮肤是人体最大的器官，由位于表层的表皮和位于深层的真皮组成，借皮下组织与深部的结构相连构成一个完整的屏障结构，一些部位有毛发、皮脂腺、汗腺和指甲等表皮衍生的皮肤附属器。
此外，皮肤中还有丰富的血管、淋巴管，肌肉和神经。
它是人体面积最大的器官，是人体与外部环境相接触的屏障，具有排泄、感觉、防止水分蒸发，调节体温，免疫等重要功能。
（二）、皮肤组织工程发展之因皮肤对人体的重要性不言而喻，然而在现实生活中，常会因为烧伤、创伤等原因造成皮肤的缺损。
任何直径大于4cm的全层皮肤缺损，人体将无法通过自身来完全愈合。
在这些情况下，就需要一种合适的创面修复材料来促进伤口的愈合。
组织工程皮肤在临床上已经使用了25年，为大面积皮肤损伤患者的康复带来了诸多益处，可以从根本上解决皮肤修复问题，因而具有良好的发展前景。
二、皮肤组织工程目前最成功的的组织工程产品是人工皮肤，并且已经商业化，但现在的人工皮肤并不具备完整的皮肤结构和功能，没有达到人工重建皮肤的目的。
皮肤组织工程的原理是将种子细胞与适当的支架材料相结合，构建皮肤替代物，然后移植于创面，从而达到修复皮肤的目的。
（一）、种子细胞增加皮肤附属器，提高人工皮肤的完整性，提高毛细血管和神经末梢的长入速度等是今后皮肤组织工程研究的重点。
Colin A B Ja ho da发现真皮鞘细胞在正常情况下除了具有生长毛发的作用，在真皮受损后还能被激发出参与创面修复的潜能，认为这对提高创面修复愈合质量与减轻疤痕具有重要意义。
随着细胞生物学，组织工程学的快速发展，人们逐渐认识到表皮干细胞在皮肤形成过程中所起的重要作用，皮肤的多层表皮结构通常是由表皮干细胞再生而来，因此，表皮干细胞就是解决这一问题的关键。
人体皮肤组织工程技术的研究与应用
人体皮肤组织工程技术的研究与应用在人类生命系统中，皮肤是最大的器官，对身体有很多重要的作用，如保持体温、感觉、保护身体免受伤害和辐射等。
同时，皮肤也是对外界最直接的接触面，因此容易受到各种伤害，如烧伤、创伤、疤痕等。
在现代医学中，皮肤组织工程技术的出现，为解决各种皮肤疾病和损伤提供了新的途径。
皮肤组织工程技术是一种综合性技术，包括生物医学工程学、细胞生物学、生物化学等领域的知识与方法。
其基本原理是通过外源性因素（支架材料）和内源性因素（细胞、生长因子等）的作用，使体外培养的细胞扩增，形成与人体正常皮肤组织相似的人工组织，并在离体（in vitro）或体内（in vivo）进行修复、重建或替代。
皮肤组织工程技术主要分为三个阶段：细胞选择、支架材料的选择和体外培养。
在细胞选择方面，一般采用人体自身来源的成纤维细胞、角质细胞、骨髓干细胞、脂肪干细胞等组织特异性细胞。
因其较为成熟的细胞状态，成纤维细胞是在体外培养中应用最为广泛的细胞类型。
对于不同类型的支架材料，需要根据具体情况进行选择，主要考虑生物相容性、生物降解性、生物力学性质等。
目前应用最广泛的支架材料包括生物降解聚合物、生物钙磷石、蛋白纤维等。
培养条件对于皮肤组织工程的成功至关重要。
一般需要考虑以下几个方面：细胞的营养要求、气体环境、生物力学刺激等。
在培养细胞时，通常采用培养皿、生物反应器等设备进行体外培养。
此外，培养条件也会影响人工组织的生物力学性质，如拓扑结构、力学强度等。
皮肤组织工程技术的应用主要包括以下几个方面：1. 烧伤修复：对于大面积毁损的烧伤患者，采用皮肤移植的方法，取自患者自身的健康皮肤进行移植。
但当健康皮肤不足时，人工皮肤就成为了替代品。
目前广泛使用的人工皮肤主要是由生物降解聚合物和细胞构成的生物材料。
在临床应用上，皮肤组织工程技术可以减轻手术创伤、减少感染，促进创面愈合。
2. 创面修复：对于大面积皮肤缺损，使用传统的绷带、缝合等方法存在一定局限性。
组织工程技术在皮肤再生中的应用
组织工程技术在皮肤再生中的应用皮肤再生是一项目前备受关注的研究领域。
对于皮肤重建和修复的需求，人们一直在寻找可行的方法和技术。
组织工程技术在这一领域的应用，成为一种备受期待的方法。
组织工程技术（Tissue Engineering）是一种综合应用生物学、医学、化学等多学科知识的交叉智能技术，旨在利用材料、细胞和生物分子等因素，构建一个类似于体内构造和功能的组织。
将其用于皮肤再生的应用，就是利用增殖的干细胞和bioactive material 模拟细胞外基质的体内状态，借助可弯曲的仿生材料的构建，实现皮肤创伤修复，皮肤缺陷修补和皮肤提升等目的。
目前，组织工程在皮肤再生护理中的应用可以大致分为三个部分：生物材料、细胞和生长因子。
1. 生物材料生物材料是组织工程技术的基础和核心。
生物材料通过可编程的物理、化学和生物学特征，可以控制和模拟由细胞和细胞外基质所构成的组织学和生物化学特性。
常见的生物材料包括生物降解材料和合成生物材料。
生物降解材料，如胶原蛋白、明胶和玻尿酸，具有良好的生物相容性和生物可降解性，不会引起免疫反应，因此常常用于作为皮肤再生的支架材料。
而合成生物材料，如聚乳酸、聚己内酯和聚丙烯酸等，具有高度的可控性和可加工性。
这些材料可以在形态、化学和生物学特性上进行调节，可以制成各种形状的材料，如膜、颗粒和支架等，因此适用于各种皮肤再生的应用。
2. 细胞在组织工程技术中，细胞是生物材料的必要组成部分。
种类不同的细胞可以分化成各种不同的细胞类型，包括角质细胞、基底细胞、黑色素细胞和单核细胞等。
其中，干细胞具有很高的分化能力和自我复制能力，是进行皮肤再生的关键因素。
干细胞来源广泛，包括自体干细胞、胎儿干细胞和干细胞系列中最近发现的疑似间胚层干细胞，这些细胞可通过普通的生物技术在体外培养。
3. 生长因子生长因子是参与细胞生长、分裂和分化的一类蛋白质。
常见的生长因子包括纤溶酶原、成纤维细胞生长因子、表皮生长因子和血管内皮生长因子等。
组织工程皮肤的临床研究进展
活性复合皮：以异体或异种胶原作为细胞支
架，再将培养的自体表皮或异体表皮细胞膜片植于 其上形成的复合皮肤。复合皮肤替代物是最接近正
常皮肤的组织工程皮肤。 ２组织工程皮肤的临床应用
１．２．２脱细胞真皮支架：同种异体真皮＋自体表皮 制成的复合皮中自体表皮是来自自体刃厚皮或培养 的角朊细胞膜片。而异体真皮中由于细胞成份有较 强的抗原性。易导致免疫排斥反应，使移植失败，故
成２ ｍｌＴｌ厚的多孔结构纤维编织体，覆以０．２ ｍｍ厚
的既有表皮层又含有真皮层的组织化工程皮肤，由 Ｏｒｇａｎｏｇｅｎｅｓｉｓ公司生产，是目前惟一经美国食品和 药品管理局批准上市的商品化器官型活性皮肤替代 物，价格昂贵，２５美元／ｃｍ２。它是在含有人成纤维 细胞（同种异体）的胶原凝胶表面种植异体人表皮细 胞，再经培养而成。其不足之处是创面感染率高 （１０．５％），创面收缩率比中厚皮高（１０％～１５％），胶 原成分易被胶原酶消化降解。此外，异体表皮细胞
Ｉ．Ｉ．３
自／异体表皮细胞混合膜片：自／异体表皮细
胞混合移植可以达到以较少的自体表皮细胞覆盖较 大创面的目的。虽然异体表皮细胞移植后只能在创 面上做暂时存留，但他们合成与分泌的多种生长因 子却能有效的促进自体表皮细胞的生长与扩增。将 某些生长因子基因转染体表皮细胞后用于创面移 植，这些转基因细胞可在创面释放足量的生长因子， 促进创面愈合。在表皮细胞培养中可通过基因修饰 来影响细胞素的合成与分泌，就可增强细胞对创面 愈合的效应。 Ｉ．Ｉ．４表皮干细胞膜片：经体外培养所得到的表皮 细胞膜片中大部分为终末分化细胞，已失去进一步 分化的能力，限制了该技术的进一步应用。表皮干 细胞的体外培养成功为这项技术提供了广阔的应用 空间。由于表皮干细胞在皮肤中总的比例很低，且 体外分离培养、纯化及在培养中如何维持其为分化
组织工程学的最新研究进展与展望
组织工程学的最新研究进展与展望随着生物技术的日益发展，越来越多的科学家开始将这些技术应用于医学领域。
而组织工程学就是其中之一。
组织工程学是一种综合性的学科，它致力于通过将细胞、生物材料和工程学的原理相结合，重新构建破坏的组织和器官，以此来解决医学上的问题。
在不断的研究和实践中，组织工程学逐渐被证明是一种非常有前途的科学技术。
目前，组织工程学的研究主要集中于细胞培养技术、材料科学和生物反应器技术等方面。
在细胞培养技术方面，研究人员已经成功地将不同类型的细胞培养在三维支架上，并模拟出人体器官的形态和结构。
在材料科学方面，研究人员正致力于开发新型生物材料，以提高细胞移植效果，并且减少排异反应。
在生物反应器技术方面，研究人员正在开发新型生物反应器，以便更好地控制细胞培养环境，以增加细胞的生存率和生物合成效率。
组织工程学最重要的应用之一就是再生医学。
再生医学是指通过细胞培养、生物材料和生物反应器等技术手段，重新构建或修复人体组织和器官。
目前，再生医学的研究主要涉及五个方面：心血管再生医学、神经再生医学、骨骼再生医学、皮肤再生医学和肝脏再生医学。
所有这些研究都表明，组织工程学在医学领域中有着广阔的应用前景。
心血管再生医学是重点研究方向之一。
心血管疾病是目前世界上最常见的致死因素之一，而组织工程学提供的心肌细胞培养技术、生物反应器技术等手段，为心脏病的治疗提供了新的途径。
神经再生医学也是组织工程学研究的一个重点方向。
神经失调和神经退行性疾病是目前医学界的疾病难题之一，组织工程学提供的神经细胞培养技术和生物材料，为神经再生提供了新的思路和方法。
骨骼再生医学是组织工程学研究的另一个方向。
骨骼是人体最重要的构成部分之一，然而，由于各种原因，骨骼结构出现了不同程度的损坏。
组织工程学提供的各种手段，如骨骼支架、细胞培养等，为骨骼再生提供了新的途径。
皮肤再生医学是为烧伤和创伤等皮肤损伤提供新的治疗方法的一种手段。
组织工程学利用生物材料和细胞培养技术，可以使皮肤再生能力得到增强，加快受损皮肤的恢复过程。
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组研织究工进程展皮肤及其生物反应器的
·综述·
王洋１，伍津津２ （１ 中国人民解放军第２１１ 医院，哈尔滨１５０００１；２ 中国人民解放军陆军军医大学大坪医院）
摘要：组织工程是一门生物科学和工程科学密切交叉的前沿学科，组织工程生物反应器已广泛地应用于人体
双层组织工程皮肤［８］。
对象的不同，学者们设计了多种适用于组织工程皮
２ 组织工程皮肤生物反应器
肤的灌注式生物反应器。用于种子细胞扩增的生物
２． １ 当前组织工程皮肤培养面临的问题及解决方 反应器，包括小规模、大规模扩增种子细胞的装置。
案 组织工程皮肤中的核心工作主要有体外培养与 常用的有转瓶、多层托盘或多层繁殖器、微载体法的
工程是一门生物科学与工程科学紧密结合的前沿学 织工程皮肤的研究奠定了基础［６］。在组织工程皮
科。如何在体外构建组织和器官从而来模拟体内生 肤的构建及烧伤、慢性创面治疗过程中，表皮细胞尤
理条件的三维环境是极其重要的。ｖａｎ 于 Ｗｅｚｅｌ［１］ 为重要，是实现创面上皮化的关键细胞。患者自身
２０ 世纪６０ 年代最先借助微载体法成功悬浮培养出 了动物贴壁细胞。可见在生物反应器中，基于微载 体法进行体外大规模扩增动植物细胞是最常用，且 最有效的途径。近年来，组织工程生物反应器研制 取得了重大突破，其形式多样，如搅拌式、中空纤维 式、气升式、单轴和双轴旋转壁式等［２］。目前，组织 培养生物反应器已在骨和软骨组织工程、人体干细 胞大规模体外扩增、组织工程皮肤和其他人体器官 修复领域得到广泛重视。现就组织工程皮肤及其生 物反应器的研究进展情况做一综述。 １ 组织工程皮肤 皮肤由表皮、真皮和皮下组织组成，是人体最 大、最复杂的器官，其功能不只是人体的屏障，还包 括免疫、内分泌、生理代谢、神经传导等生理功 能［３］，而皮肤缺损是一种常见的组织损伤性疾 病［４］。与正常皮肤组织一样，组织工程皮肤包含角
一。目前，人工真皮替代物主要有异体脱细胞真皮 其上方的半透膜所构成的。半透膜的上部空间主要
替代物、合成基质真皮替代物和异体Ｆｂｓ 真皮替代 用于表皮细胞的培养或组织工程皮肤的构建［１３，１４］。
物。在某些方面，真皮替代物很好地弥补了表皮替 ２． ２ 灌注式生物反应器类型 用于组织工程皮肤
代物的缺陷，具有较好的应用前景，但它仍有一些问 培养的灌注式生物反应器，其结构由培养室和进出
其已发展成为一门新兴的学科。当前组织工程的研 患者的治疗提供了一种新的有效方法［５］。目前，组
究核心是将生物材料与有生物学活性的组织细胞相 织工程皮肤主要有人工表皮替代物、人工真皮替代
结合，实现体外构建组织与器官，从而达到维持、修 物、人工复合皮替代物。
复、改善或再生损失组织与器官的功效。因此，组织 １． １ 人工表皮替代物 表皮细胞的成功培养为组
的表皮细胞是创面治疗的首选，然而在短时间内大 规模获取及大量扩增表皮细胞受到一定的阻碍，这 使得组织工程皮肤及表皮细胞膜片等的应用存在困 难。从培养模式及培养基的选择考虑，表皮细胞的 培养主要分为有、无滋养层培养及有、无血清培养和 体内、外培养。Ｒｏｎｆａｒｄ 等［７］以纤维蛋白基质为载 体，培养了自体表皮细胞，并将其用于Ⅲ度烧伤患者 创面的修复，实现了上皮层的重建。人工表皮替代 物的临床应用虽取得了一定的成功，但总体由于缺 少真皮结构，单纯表皮膜片用于创面修复时，尤其是 用于较深的全层皮肤缺损修复时，暴露出了不少问 题与缺陷，如易破碎、抗感染力差、移植后易形成水 泡等，因此难以达到理想的功效。 １． ２ 人工真皮替代物 在皮肤重建过程中，真皮替 代物扮演重要角色，如增加创面愈合后的皮肤弹性、 柔软性及机械耐磨性等，减少瘢痕增生；此外，有些
题，如水分易丢失，需二次表皮移植等。
管路（用于循环培养基）组成。由于培养室的可操
１． ３ 人工复合皮肤 人体的正常皮肤是由表皮和 作空间非常小的缘故，通常将氧合作用在生物反应
真皮所构成，也就是说无法用单一的表皮替代物或 器的外部进行，也就是说氧合后的培养基通过管路
真皮替代物来代替，从而实现皮肤结构和功能的完 系统进入培养室。目前，最简单的灌注式生物反应
扩增种子细胞、制备胞外支架材料、构建与移植人工 搅拌生物反应器。
皮肤组织。然而制约人工皮肤组织研究、发展及其 ２． ２． １ Ｋｅｒａｔｏｒ 反应器 在组织工程皮肤中，研
： ｄｏｉ １０． ３９６９ ／ ｊ． ｉｓｓｎ． １００２２６６Ｘ． ２０１８． ３９． ０２４
： （ ） 中图分类号： 文献标志码： 文章编号
Ｒ３３９． １１ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ａ
１００２２６６Ｘ ２０１８ ３９００８５０４
世纪 ２０
８０
年代提出了组织工程这一新概念，
质层、表皮层和真皮层等，其出现为大面积皮肤缺损
整性。因此，所开发出的理想人工皮肤替代物应同 器由一个培养室（通常为长方体形）、一个入口管路
时具备表皮和真皮两种结构，即应当是一种复合型 和一个出口管路所组成；其次，从概念设计层面来
的皮肤替代物。当前，已开发出的最为成熟的Ａｐｌｉ 说，可设计多个培养基的进出口，其在培养室壁面上
ｇｒａｆ 人工复合皮肤，是含有Ｆｂｓ 和异体上皮细胞的 的分布多样化，且可优化培养室的形状。根据研究
真皮替代物中存在的活性纤维母细胞（Ｆｂｓ）可促进
基金项目：国家自然科学基金资助项目（３１１７０９２４）。 通信作者：伍津津（Ｅｍａｉｌ：ｗｊｊｊｊ＠ １６３． ） ｃｏｍ
表皮生长分化，从而诱导基底膜的形成。因此，人工 真皮的研制一直是组织工程皮肤领域的研究热点之
８５
山东医药２０１８ 年第５８ 卷第３９ 期
器官修复领域。组织工程皮肤是通过组织工程相关技术来构建人工皮肤替代物，并具有暂时性乃至永久性替代自
身皮肤的功效，目前主要有人工表皮、人工真皮和人工复合皮等。灌注式生物反应器是成功培养组织工程皮肤的
关键技术，具有培养基的连续供给、气液界面的维持和相对低的应力环境等优点。
关键词：组织工程皮肤；生物反应器；人工表皮；人工真皮；人工复合皮