再生医学与组织工程 吴齐全

OVERVIEW OF TISSUE ENGINEERING CONCEPTS AND APPLICATIONS Applications of Biomaterials in Functional Tissue Engineering
原理
1
方法
2
构成
3
策略
4
技术
12
原理
组成部分
构成组织块的细胞成分，促进组 织愈合和再生
胶原已用于人造皮肤(IV型胶原), 骨 (I型胶原), 和软骨(II型胶原)的研究, 生 产出市场化的组织工程产品.
干胶原支架
心脏瓣膜胶原支架
胶原分子
组织工程皮肤
组织工程软骨
21
Principles of Tissue Engineering (Third Edition) Edited by: Robert Lanza, Robert Langer and Joseph Vacanti ISBN: 978-0-12-370615-7
原理
理想的种子细胞要求：
• 来源方便; • 良好的增殖扩增潜能; • 没有排异反应和成瘤性; • 在低氧微环境中能存活
构成
18
Hannallah, D., et al., Gene therapy in orthopaedic surgery. INSTRUCTIONAL COURSE LECTURES-AMERICAN ACADEMY OF ORTHOPAEDIC SURGEONS, 2003. 52: p. 753-768.
15
原理
成体干细胞
优势
• 功能上和胚胎干细胞类似 • 不需要破坏胚胎 • 可从患者体内获得，避免了异
体排斥问题
构成
细胞来源
• 脐血、羊水、骨髓 • 牙槽骨 • 脂肪组织……
• 间充质干细胞 • 造血干细胞 • 肝脏干细胞
• ……
骨髓是最合适的细胞来源
1.同时含有造血干细胞和间充质干 细胞• 体内含量少; 2.原• 代难培于养分时离需扩增要的细胞数量低 3.细• 胞分获化取潜相能对有限简.单 4.即使老年供者细胞活性仍然较高.
原理
方法
组织工程学包括两大部分: (1)体外形成含有种子细胞和生长 因子的人工细胞支架复合物; (2 )将人工细胞支架复合物种植到 体内与自体组织融合生长
Erik Bland1,2, Didier DrŽau1,2,3 and Karen J. L. Burg Overcoming hypoxia to improve tissue-engineering approaches to regenerative medicine J Tissue Eng
Matthew B. Fisher and Robert L. Mauck, Tissue Engineering and Regenerative Medicine:Recent Innovations aຫໍສະໝຸດ Baidud the Transition to Translation
7
TISSUE ENGINEERING: Part B Volume 19, Number 1, 2013
概况
发展
DTThrh.se.VeMSfBaifrociuIrsTacrstkinetgeJttriSyoeaiomuwbncrrdpnintleYeiasgtmalysnuenena-tesdin bsTetoTtoniugshtgdheseiintuelhTaeesebeisrEtorosetnrhuadggetecoiniarnEieretnterisaglrrantiaegnanegettdiioesininrsniautnhlege hescShouqoamupcivmaeiaenulotsenyfngitatiesenhsueutormilafizatpeinnedgresaaorns tnueisensitgnwuageog-creekhdnogonfirdnsiryenonetcetrhyertedetssiscteksdieneinded sbothuinoisbtdosfeitaeigtlurbdati.eoddauebsglienragpdoaalybcmolelelargsen mcpoanlytfrmiigxeutro.edsuapsptohret scaffold tsheeedgerodwwthithofcfeibllsro. blasts.
细胞类型 缺点 16
Mistriotis, P. and S.T. Andreadis, Hair Follicle: A Novel Source of Multipotent Stem Cells for Tissue Engineering and Regenerative Medicine. Tissue Engineering Part B: Reviews, 2013.
Fisher, M.B. and R.L. Mauck, Tissue engineering and regenerative medicine: recent innovations and the transition to translation. Tissue Engineering Pa6rt B:
Vacanti, C. A. (2006). History of tissue engineering and a glimpse into its future. Tissue Eng. 12(5)1137–1142
原理
02 01
03
04
8
原理
1
方法
2
构成
3
策略
4
技术
9
原理
方法
步骤一 从机体提取少量自体细胞.
原理
支架材料
构成
蛋白
天然材料
多糖
材料
优势
无毒、亲水、生物相容性及 细胞亲和性好, 有利于种子 细胞DNA 的合成, 可促进 种子细胞的生长、扩增
天然合成材料
缺点 难于提纯 免疫反应 机械性能较差
19
Volume 8, Pages 1-469 (2006) Tissue Engineering: Fundamentals and Applications Edited by Yoshito Ikada ISBN: 978-0-12-370582-2
细胞
细胞通常种植在支架材料 上，支架材料形成三维的 组织结构并提供细胞营养 和生物因子
The triangle of tissue engineering
支架
因子
用于模拟体内的细胞微环境， 调控细胞粘附、增殖和分化
13
原理
细胞
构成
细胞类型
自体细胞 同种异体细胞
异种细胞
已分化细胞
缺点:
增殖潜干能低细胞
再生医学与组织工程
鄞州二院 泌尿外科 吴齐全
1
概况
01 02
03
04
2
概况
1
背景
2
定义
3
发展
3
概况
背景
1.器官供体短缺 2.机械替代装置无法完成 替代器官全部功能 3.外科重建技术导致并发症
4
http://www.donatelifenw.org/content/donation Nerem, R.M., Tissue engineering: the hope, the hype, and the future. Tissue Engineering, 2006. 12(5): p. 1143-1150.
胚胎干细胞 成体干细胞
iPS细胞
Brittberg, M., et al., Treatment of deep cartilage defects in the knee with autologous chondrocyte transplantation. New england journal of medicine, 191944.
原理
蛋白
构成
胶原
纤维蛋白 蚕丝蛋白
明胶 弹力蛋白
Principles of Tissue Engineering (Third Edition) Edited by: Robert Lanza, Robert Langer and Joseph Vacanti ISBN: 978-0-12-370615-7
原理
构成
Ips cells =Induced pluripotent stem cells
17
Pittenger, M.F., et al., Multilineage potential of adult human mesenchymal stem cells. science, 1999. 284(5411): p. 143-147
概况
定义
According to Langer and J. Vacanti
组织工程学是细胞生物学、材料学、工程学 和外科学相结合的交叉学科，其核心是利用组织 工程学技术将活体细胞，通过培养扩增再与生物 材料结合，构建具有生物活性的组织替代材料， 再植入宿主产生具有功能的新器官。
5
Langer and J. Vacanti “Tissue Engineering”. Science 260: 920-6, 1993
2970 2617
2000
1998 1622
1000 0
9881148 128 137 200 219 225 232 310 338 389 442 589 767
1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
原理
构成
胚胎干细胞
“胚胎干细胞（embryonic stem cell，ESCs）：来源于早期胚胎囊胚的内细胞团的一类 细胞，它具有体外培养无限增殖、自我更新和多向分化的特性。无论在体外还是体内环 境，ES细胞都能被诱导分化为机体几乎所有的细胞类型。”
待解决的问题:
1.成瘤性 2.免疫排斥反应 3.伦理问题
Reviews, 2013. 19(1): p. 1-13. http://www.termis.org
概况
发展
7000
组织工程学文献检索
6000
1987年, 美国国家科学基金 5000 会( NSF)正式提出了“组织 4000 工程”的概念。
3000
5721 52465350
4531
4755
4033 3717 3469
原理
构成
纤维蛋白
血纤维蛋白具有良好的生物相容性、生物降解性和可注射性, 并 存在于纤维连接蛋白等多种ECMs蛋白中, 且对于细胞粘附和增殖 有积极的作用。纤维蛋白材料在机械强度、降解时间、材料来源 等方面还存在一些问题, 这方面的研究尚在深入开展中。
步骤二 将提取的细胞通过细胞表型筛选再 培养扩增增殖.
步骤三 将扩增的细胞种植在含有生长因子 的多孔支架中增殖.
步骤四 将含有细胞的支架放在培养环境中 进一步扩增增加细胞数量，以形成 组织块.
步骤五 将再生的组织块种植到机体病变处 和机体天然组织融合。
10
Julian H.S. George PhD Engineering of Fibrous Scaffolds for use in Regenerative Medicine Department of Materials
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Volume 8, Pages 1-469 (2006) Tissue Engineering: Fundamentals and Applications Edited by Yoshito Ikada ISBN: 978-0-12-370582-2
原理
构成
特性:
主要的细胞外机制分子，构成机体主要的结构成分; 具有理想的表面活性便于细胞粘附; 具有生物相容性并且可降解为无害的终产物;
331(14): p. 889-895 Principles of Tissue Engineering (Third Edition) Edited by: Robert Lanza, Robert Langer and Joseph Vacanti ISBN: 978-0-12-370615-7
Regen Med 2013; 7: 505–514.
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Debanjan Sarkar, Weian Zhao, Sebastian Schaefer, James A. Ankrum, Grace S. L. Teo, Maria Nunes Pereira,, Lino Ferreira, and Jeffrey M. Karp