组织工程ppt课件

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生长因子研究与制备 ——骨形态发生蛋白（BMPs）
1965年美国首先从骨基质中分离出骨形态发生蛋白，经 过25年才得以纯化。随后克隆了相关基因。 原位状态下以ng/g骨基质剂量释放足以促发骨修复，人 工基质需要mg/g剂量才能促发骨修复，因此成本非常高。 利用转基因技术将BMP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。
（2）支架材料 聚羟基乙酸（PGA）。
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（3）构建成纤维细胞-PGA复合物 酶法消化收集真皮成纤维细胞，接种在PGA上，加入培 养液培养。 （4）接种表皮角质形成细胞在前面的复合物上，更换 表皮角质形成细胞培养基培养5天左右。
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（5）双层皮肤成熟
将复合物放在可渗透膜上，进行气-液界面培养，促进 表皮角质形成细胞的进一步分化。 再培养1周，形成含真皮和表皮两层结构的组织工程化 皮肤。
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难题： 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。血管生成有助于损伤组织的修复。 2.毛囊、汗腺等再生。所以美容慎用。 3.排异性。 我国人造皮肤2007年第四军医大学开发成功，进入临床 阶段。
聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）
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（三）生长因子
细胞对外部环境产生的应答是通过感知某种化学信号或物理刺激， 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 增殖与分化由各种因子调节。
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1.物理因子
主要是应力的作用： 流体切应力（Flow shear stress）：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。
1.定义
种子细胞(Seed cell)：是组织修复或再生的细胞材料。
2.来源
（1）功能细胞：组织来源体细胞。
（2）干细胞：胚胎干细胞、成体干细胞。
3.特点
容易获得和体外培养、遗传稳定。
4.问题
（1）同种、异种细胞存在免疫排斥等问题。
（2）干细胞潜在的理想种子细胞，诱导分化技术有待完善。
（3）多种类型细胞协调增殖、分化。
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B多糖类
壳聚糖（Chitosan）
甲壳质的基本单位是乙酰葡萄糖胺，它是由1000～3000个乙酰葡萄糖 胺残基通过p1，4糖甙链相互连接而成聚合物，是节肢动物角质内的 主要结构多糖。 壳聚糖是甲壳质的部分脱乙酰化产物，具有阳离子性质，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子。
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成纤维细胞生长因子（Fibroblast growth factor,FGF）：是不 含糖的分子量为16KD的单链多肽，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，又称为血管生长 因子。可以诱导血管化、骨形成并促进神经再生。 表皮生长因子（Epidermal growth factor,EGF）：是由53个氨 基酸组成的单链多肽。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，在体内促进上皮的再生。
几丁质等按照一定工艺复合形成凝胶，细胞均匀地分布于凝
胶内。
吸附法：将已预湿的支架材料置于培养皿中细胞悬液中或用
滴管将细胞液滴加在材料上，然后利用负压使细胞吸附在材
料上。
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（二）细胞因子的控制释放
1.在支架材料构建时使细胞因子结合在支架材料内部， 并能缓慢释放。 2.包埋或者微囊化是目前控制细胞生长因子释放的一个 重要方法
张应力（Tensile stress）： 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。
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细胞生长因子
细胞生长因子（Cell growth factor）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。 转移生长因子-β（Transforming growth factor-β,TGF-β）： 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。 骨形态发生蛋白(Bone morphogenetic protein, BMP) ： 1965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。
Robert Langer
Professor of Chemical and Biomedical
Engineering at MIT
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二 、组织工程三要素
1.种子细胞 2.支架材料 3.生长因子
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细胞外基质 (extracellular matrixc,ECM)
（1）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。 （2）分布：结缔组织中ECM含量较高。 （3）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、氨基聚糖与蛋白聚糖四大类。 （4）功能： 1）ECMs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。 2）ECMs对细胞形态、迁移、增殖、分化有调节作用
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（二）支架材料
1.定义 组织工程支架材料是指 替代细胞外基质使用的 生物医学材料材料。
纤维支架材料
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2.特点
（1）生物相容性：生物医学材料引起宿主反应和产生有效 作用的能力。 （2）生物降解性：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。 （3）合适的三维立体结构。 （4）加工性与一定的机械强度。 （5）良好的消毒性能。
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（3）复合材料
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。 包括无机材料、有机材料、天然材料与合成材料间的组合。 例如：羟基磷灰石-甲壳素、羟基磷灰石-PLA、聚乳酸 （Polylactic acid,PLA）-聚羟基乙酸（Polyglycolicacid,PGA）： PLGA等。
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异体移植：较强免疫排斥反应，异体器官来源有限。 组织代用品：人体相容性差，不能长久使用，还易引 起感染。 问题：能否用细胞培养再生组织器官达到替换的目的？ /v_show/id_XNTQ1ODgyMDA=.html
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本章主要内容： 1.组织工程技术 2.组织工程应用
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神经生长因子 (Nerve growth factor,NGF) 为神经细胞特异性分泌 的营养蛋白，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。 肝细胞生长因子（Hepatocyte growth factor，HGF）因最初被发现 可剌激肝细胞合成DNA而得名，是由728个氨基酸残基组成的 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。
本章主要问题: 种子细胞、组织工程材料、细胞因子
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第一部分 组织工程技术
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一、定义
组织工程(Tissue Engineering) ：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、细胞因子实 现组织修复或再生的一门技术。20世纪80年代提出概念。
Joseph P. Vacanti John Homans Professor of Surgery at Harvard Medical School
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2）合成高分子材料
聚乳酸（Polylacticacid，PLA）
聚羟基乙酸 （Polyglycolicacid，PGA） 聚羟基丁酸（Polyhydroxybutyrate,PHB）等。
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（2）无机材料
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。 例如：钴、钛、钢铁基合金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，超高分子聚乙烯材料组成人工 髋关节的髋臼股份、人工膝关节的胫骨平台部分，聚甲基丙 烯酸甲酯骨水泥用于人工关节假体与骨组织的固定。
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（三）组织工程生物反应器
1.微重力旋转式生物反应器 （1）转壁式生物反应器：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，离心力与重力平衡，为细胞生长提供一个 微重力环境。 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三维增 殖与分化形成有功能的组织块。
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（2）流体应力生物反应器 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。 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。可通过形成有波动的液流 并能控制流量来模拟体内血管的应力环境。
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第二部分 组织工程应用
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一 组织工程皮肤
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三 技术路线与方法
细胞 支架材料
移植
信号分子、生长因子
组织器官 再生
原位修复 替换
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（一）细胞接种
浸渍法：将经预湿处理材料置于细胞悬浮液中实现细胞接种。
沉淀法：将细胞液缓慢逐滴滴加到已经预湿的支架材料上，
放置培养箱中2-4小时，待细胞充分粘附后缓慢加入培养液培
养。
凝胶法：将高密度细胞悬浮液与多种物质如胶原、藻酸纳、
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现代的器官移植
1936年，一位年仅26岁的青年人，由于一位汞中毒导 致肾衰竭，无药可救。前苏联医生沃罗诺夫将一个尸 体的肾脏移植到病人体内，但没有获得成功，病人在 48小时后死去了。 1967年，南非医生巴纳德为一名商人成功地作了人类 首例异体心脏移植手术。病人手术后顺利地度过了17 天，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一个里程碑式的伟大成 就。