生命科学前沿组织工程

2009.11.18
4
xiongyanfei
1.2组织工程学的发展
• 组织工程学的建立和发展与很多因素有关： ①随着人类物质、文化生活水平的提高，对损伤、疾病的治疗
要求越来越高，不仅要求治好伤、病，还要求良好的功能及 完美的外形，需要寻找新的治疗途径。 ②科学技术总体水平的提高，如完善的细胞培养技术和可控降 解的高分子材料的问世，为体外构建“组织”、“器官”提 供了条件 ③高、新技术的开发与利用是组织工程学研究的基础，如基因 工程技术、免疫隔离技术等为改造细胞提供了新方法。 ④巨大的市场需求为组织工程学发展注入了动力。众多的投资 公司注入大量资本进行组织工程学研究。这些是组织工程学 研究发展的基础与动力。
• 组织工程是近年来正在兴起的一门多学科交叉的边缘学科， 属于生物高技术范畴，它融合了细胞生物学、工程科学、 材料科学和外科学等多个学科，必将促进和带动相关高技 术领域的交叉、渗透和发展，并由此衍生出新的高技术产 业。
• 组织工程的概念一提出，就受到各国学者的广泛关注，目 前，美国已有相当数量的研究机构（包括NASA、DOE、 NIH等），许多相关大学（包括MIT、HMS、GIT、UCSD、 UMASTFFU）都参与了组织工程的研究。我国也掀起了一 股组织工程热，目前已在软骨、骨、肌腱、血管、皮肤、 角膜等领域取得了可喜的进展。
2009.11.18
7
xiongyanfei
3 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。
• 现在的研究多集中于以下的几个方面： • 载体等技术用于细胞的快速增殖 • 干细胞工程 • 采用各种生长因子和端粒酶调节与延缓细胞的 老化 • 采用各种方法（包括自身转化、化学、物理、 病毒等）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.
• 组织工程(Tissue Engineering)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
2009.11.18
3
xiongyanfei
3.1.4 成纤维细胞：来源广泛数量相对较多，便于
体外培养与扩增。
3.1.5 各种成体干细胞
2009.11.18
11
xiongyanfei
a
图a.贴壁筛选的人表皮干细胞 接种后呈圆形，细胞体积较小， 折光性较强（×400）；
b
图b.人表皮干细胞培养
3d时呈明显克隆性生长
(×400)；
2009.11.18
2009.11.18
5
xiongyanfei
2.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
• 此外，还须同时进行一下研究 • 检测方法及检验标准。 • 临床验证方法及策略研究。 • F产业化研究。
2009.11.18
2009.11.18
8
xiongyanfei
3.1 种子细胞来源
3.1.1 胚胎干细胞（ESC）:
• 存在于哺乳动物发育早期胚胎中的（着床前）多能 干细胞，具有持续增殖而不分化的能力以及经诱导 后可分化形成一个成熟个体中所有类型细胞的潜能。
• 细胞定向分化的尝试在动物中已取得了可喜结果， 神经元细胞、造血细胞以及心肌细胞已在体外获得。
• 人ESC要真正在人类医学中得到应用，尚需相当长 时间。首先，人们还不能有效地诱导干细胞向特定 的细胞类型分化；另外，更困难的是，还不能有效 地建立无免疫原性的ESC；此外，ESC的应用还涉 及到伦理道德方面观念的制约。
2009.11.18
9
xiongyanfei
3.1.2间充质干细胞:
• MSC最初是由Friedenstein发现的一类易于贴附于
塑料培养板表面的细胞，它具有向骨、软骨、脂肪、
肌肉及肌腱等组织分化的潜能。
• 在机体内MSC存在于许多组织中，尤以骨髓中最
多.
• MSC用于组织工程研究有以下优势：①取材方便，
且对机体无害，简单的骨髓穿刺即可获得；②MSC
可取自自体， 由它诱导而来的组织在进行移植时
不存在组织配型及免疫排斥问题；③MSC分化的组
6
xiongyanfei
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、器官的病损部位，随着生物材料逐渐 被机体降解吸收，细胞生长、繁殖、分化形成 在形态和功能上与相应器官、组织一致的新的 组织，达到修复创伤和重建功能的目的。
组织工程
1
目录
• 组织工程学及其发展 • 组织工程研究内容 • 组织工程种子细胞研究 • 组织工程支架材料 • 组织器官的构建 • 组织工程面临的挑战
2009.11.18
2
xiongyanfei
1.组织工程学及其发展
1.1 组织工程学概念
• “组织工程学”概念是1987年Robert Langer和Joseph P Vacanti在由美国科学基金会举办的生物工程小组会上首次提 出的，1988年正式定义。
织类型广泛，理论上讲它能分化为所有的间充质组
织类型，如：软骨、脂肪、肌肉及肌腱等。
• 目前用于分离MSC的方法主要有：密度梯度离心
wenku.baidu.com
法、贴壁筛选法和流式细胞仪分离法三种。
2009.11.18
10
xiongyanfei
3.1.3 内皮细胞：
• 内皮细胞应用于组织工程构建，在技术上经历了三 个发展阶段：静脉内皮细胞单期种植；微血管内皮 细胞单期种植；自体内皮细胞扩增培养种植。 Munerett等对动脉和毛细血管系统来源的内皮 细胞进行了研究，发现主动脉内皮细胞所形成的毛 细血管结构比其他两种细胞形成的结构更稳定持久， 更适合成为组织工程种子细胞来源，但是主动脉组 织在临床难以获取，最终应用存在一定问题。