干细胞与组织工程 概述
干细胞与组织工程
干细胞与组织工程随着生命科学的飞速发展，目前组织工程、干细胞研究已经成为21世纪生命科学研究的焦点和前沿领域。
组织工程研究涉及种子细胞、生物支架材料以及组织构建等众多研究方向．干细胞研究则有望解决组织工程研究中的种子细胞来源问题，可能成为组织工程研究中的理想种子细胞。
一“组织工程”的概念1 “组织工程”的产生和发展组织、器官的损伤或功能障碍是人类健康所面临的主要危害之一，也是人类疾病和死亡的最主要原因。
据美国的一份资料显示，每年有数以百万计的美国人患有各种组织、器官的损伤或功能障碍，每年需进行800万次手术进行修复，年住院日在4000万～9000万之间，年耗资超过400亿美元。
随看现代外科学的发展，人类对组织、器官缺损的治疗有了很大的进步，但仍然存在许多问题。
目前临床常用的治疗方法有三种：1.自体组织移植、2.异体组织移植、3.人工合成组织代用品组织工程是近年来正在兴起的一门新兴学科,1984年， Wolter首先提出“组织工程”（Tissue Engineering）一词。
1987年，美国国家科学基金会于正式提出和确定“组织工程”一词，开辟了组织工程学研究的新纪元。
它是应用生命科学和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生物替代物的科学。
从事组织工程研究的科学家们利用细胞生物学、分予生物学以及材料科学等学科的最新技术，像工厂生产零部件一样，针对患音组织或器官缺失情况，利用构成组织或器官的基本单位——细胞以及为细胞生存提供空间的支架材料，在体内外培育出所需的人体组织或器官．需要多少就培育多少．量体裁衣制备完成后再给患者安装上去。
组织工程研究的核心是建立由细胞和生物材料构成的三维空间复合体。
这一三维的空间结构为细胞提供了获取营养、气体交换、排泄废物和生长代谢的场所，也是形成新的具有形态和功能的组织、器官的物质基础。
干细胞技术与组织工程
干细胞技术与组织工程干细胞技术与组织工程是当今医学领域备受瞩目的前沿技术，它们为治疗各种疾病和损伤提供了全新的思路和方法。
干细胞具有自我更新和多向分化的能力，可以分化为各种类型的细胞，因此被认为是修复和再生组织的理想来源。
组织工程则是利用细胞、支架和生长因子等生物材料构建人工组织和器官，为重建受损组织提供了新的途径。
本文将从干细胞技术和组织工程的基本概念、应用现状以及未来发展方向等方面进行探讨。
一、干细胞技术干细胞是一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞，根据其分化能力和来源的不同，可以分为胚胎干细胞和成体干细胞两大类。
胚胎干细胞来源于早期胚胎，具有最广泛的分化潜能，可以分化为人体的任何细胞类型；而成体干细胞存在于成体组织中，分化潜能较低，主要起到组织修复和再生的作用。
1.1 胚胎干细胞胚胎干细胞具有最广泛的分化潜能，可以分化为各种类型的细胞，包括心脏细胞、神经细胞、肌肉细胞等。
它们通常来源于早期受精卵，通过体外培养可以获得大量的干细胞。
胚胎干细胞的应用主要集中在疾病治疗和再生医学领域，如心脏病、糖尿病、神经退行性疾病等。
1.2 成体干细胞成体干细胞存在于成体组织中，包括骨髓干细胞、脂肪干细胞、神经干细胞等。
它们具有一定的分化潜能，可以分化为相应组织的细胞类型，用于组织修复和再生。
成体干细胞的应用范围较广，包括骨髓移植、软骨修复、皮肤再生等领域。
二、组织工程组织工程是利用细胞、支架和生长因子等生物材料构建人工组织和器官，旨在重建受损组织和器官，为临床治疗提供新的选择。
通过组织工程技术，可以实现体外培育组织工程器官，或者在体内种植人工组织，为患者提供个体化的治疗方案。
2.1 细胞在组织工程中，细胞是构建组织和器官的基本单位，可以是干细胞、成体细胞或iPS细胞等。
不同类型的细胞具有不同的特性和应用范围，选择合适的细胞来源对于组织工程的成功至关重要。
2.2 支架支架是支撑细胞生长和定向分化的载体，可以是生物材料或人工材料制成。
第七章干细胞与组织工程
中的多能干细胞。
二、胚胎干细胞（Embryonic Stem cell, ES细胞）
（一）定义：当受精卵分裂发 育成囊胚时，内层细胞团的细 胞即为胚胎干细胞。 ES细胞的研究可追溯到上世纪 五十年代，由于畸胎瘤干细胞 （EC细胞）的发现开始了ES 细胞的生物学研究历程。
胚胎干细胞和成体干细胞的比较
霍金批评欧美人士试图禁止人类胚胎 干细胞研究
中国人对胚胎干细胞研究的看法 比较一致
• 大多数中国人能够接受此项研究,主要是 受儒家思想的影响。儒家很早以前就已 经指出，人生出来的时候，人才开始。 按照大多数中国人的看法，胚胎还不是 人，不涉及人权问题。
伦理冲突
• ES研究也引发了当前最为激烈而敏感的伦 理之争。主要围绕如何看待胚胎。ES主要 有三个来:
• （1）（自然和人工）流产的胚胎； • （2）辅助生殖剩余的胚胎； • （3）通过体细胞核转移术得到的胚胎。
• 不管哪一个来源，提取ES必定会损毁胚胎。 于是，胚胎是不是生命，是不是人，研究 ES是不是“毁灭生命”、“杀人”，很自 然地成为争论的焦点。
新进展
※ 1999年12月，美国《科学》杂志公布了当年世界科 学进展的评定结果，干细胞的研究成果列在举世瞩目耗 资巨大的人类基因组工程之前，名列十大科学进展首位。 ※ 2002年3月，美国麻省理工学院的科学家宣布，他们 首次利用人体胚胎干细胞培育出毛细血管，证明了胚胎 干细胞技术在治疗心血管疾病等领域的应用潜力。
生物医学中的组织工程
生物医学中的组织工程组织工程是一种利用干细胞、生物材料等技术，在体外或体内重建和修复组织器官的技术。
目前，组织工程正在逐渐成为一项重要的生物医学技术，对治疗许多疾病具有巨大的潜力。
本文将介绍组织工程的原理、应用以及未来的发展方向。
一、组织工程的原理组织工程的原理是将生物材料与干细胞组合在一起，创造出一种可以在体内生长和发育的人工组织。
生物材料可以是天然的，如胶原蛋白、壳聚糖等，也可以是合成的，如聚乳酸等。
干细胞是一种具有自我更新和分化能力的细胞，可以分化为各种不同类型的细胞，如骨细胞、肌肉细胞等。
在组织工程中，干细胞被培养并分化成所需要的细胞型，然后与生物材料结合。
这样的组合物可以被种植在体内，经过一定的时间，就可以形成自己的组织器官。
组织工程技术还可以利用生物材料的特性，为干细胞提供一个良好的环境，加速细胞分化和增殖。
二、组织工程的应用组织工程的应用涵盖了许多领域，包括皮肤再生、骨再生、心脏再生等。
以下是组织工程在一些重要领域的应用介绍：1. 皮肤再生组织工程可以用于皮肤烧伤、创伤等的修复和再生。
研究人员可以用干细胞和生物材料来培养出一种人造皮肤。
这种人造皮肤可以在烧伤或创伤后的皮肤上进行覆盖和修复。
该技术已经成功应用于动物模型实验，并且正在进行临床试验。
2. 骨再生组织工程也可以用于骨再生。
研究人员可以使用一种特殊的生物材料和干细胞来创造出一种骨组织。
这种骨组织可以被种植在患者的骨骼中，促进骨伤口的愈合，或者用于骨组织替换手术中。
3. 心脏再生组织工程还可以用于心脏再生。
研究人员已经尝试利用干细胞和生物材料来创造出一种心脏组织。
这种心脏组织可以被种植在受损的心脏上，帮助其重新生长和发育。
这种技术目前仍处于实验阶段，但是已经显示出了巨大的潜力。
三、组织工程的未来虽然组织工程技术已经非常先进，但是科学家们仍然在不断探索新的方法和技术以提高组织工程技术的效率和安全性。
以下是组织工程技术未来的一些发展方向：1. 创造更复杂的人工器官目前，组织工程技术可以用于制造一些简单的人工器官。
干细胞与组织工程技术的研究与发展
干细胞与组织工程技术的研究与发展随着医学研究的不断深入，干细胞和组织工程技术逐渐被人们所熟悉和了解。
这两项技术被认为是未来医学的发展方向，可以应用于许多领域，包括各种疾病和组织重建等方面。
本文将介绍干细胞与组织工程技术的研究和发展，以及它们在医学上的应用。
一、干细胞研究与发展干细胞是一种能够自我复制和产生其他类型细胞的细胞，其特点在于可以不断分裂并产生许多近似或不同的类型细胞。
因此，干细胞可以广泛应用于医学研究和治疗领域中。
干细胞分为胚胎干细胞、成体干细胞和诱导性多能干细胞。
胚胎干细胞可以分化为所有类型的细胞，包括血液、神经、心脏等。
由于从胚胎中获取胚胎干细胞会涉及到许多伦理问题，因此这种方法很少被采用。
而成体干细胞则存在于成熟的组织和器官中，包括骨髓、脑、皮肤和肝脏等，具有一定的自我更新和分化能力。
近年来，诱导性多能干细胞的研究取得了重大突破，该技术可以将某些类型的成体细胞重新编程成为具有多能性的干细胞。
干细胞研究的主要目的是开发治疗各种疾病的新方法。
例如，在心脏病或糖尿病等疾病中，通过将干细胞注射到患者体内，干细胞可以分化出相应的心肌细胞或胰岛细胞，以替代病损的细胞。
此外，干细胞还可以应用于治疗一些难以治愈的疾病，例如帕金森病和肌萎缩性侧索硬化症等。
目前，干细胞治疗还处于研究阶段，需要进一步的研究和实验验证。
二、组织工程技术研究与发展组织工程技术是指从材料学、细胞学和生物学等学科领域，结合工程控制和生物学技术手段，通过人工方式制造出与人体组织相似的生物材料的过程。
与干细胞相比，组织工程技术更加成熟和实用。
由于细胞和生物材料的进步，组织工程领域的创新和发展速度不断加快。
组织工程技术的主要研究方向包括三维生物印字、生物材料、细胞培养和细胞移植等。
生物材料用于支持和修复受损的组织，例如修复关节、骨骼和肌肉等。
生物材料的选择，包括天然或合成的材料，并且需要考虑因素，如细胞移植的复杂性以及细胞所需的材料微环境等。
干细胞技术与组织工程
干细胞技术与组织工程干细胞技术与组织工程是当今医学领域备受关注的前沿技术，它们为治疗各种疾病和损伤提供了全新的可能性。
干细胞具有自我更新和分化为多种细胞类型的潜能，而组织工程则是利用细胞、支架和生长因子等材料构建人工组织或器官。
本文将探讨干细胞技术与组织工程在医学领域的应用及其前景。
一、干细胞技术的原理与类型干细胞是一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞，可以分为胚胎干细胞和成体干细胞两大类。
胚胎干细胞来源于早期胚胎，具有最广泛的分化潜能，可以分化为人体的各种细胞类型；而成体干细胞存在于成体组织中，具有一定的分化潜能，可以修复和更新组织细胞。
在干细胞技术中，研究人员可以通过体外培养和诱导分化的方法，将干细胞分化为需要的特定细胞类型，如心脏细胞、神经细胞、肝细胞等，用于治疗各种疾病和损伤。
干细胞技术的突破为医学领域带来了巨大的希望，尤其是在再生医学和组织工程方面有着广阔的应用前景。
二、组织工程的概念与应用组织工程是一种利用细胞、支架和生长因子等生物材料构建人工组织或器官的技术。
通过组织工程，研究人员可以在体外培养出具有特定功能的组织工程产品，如人工皮肤、人工骨骼、人工心脏等，用于替代或修复受损组织。
组织工程的应用领域非常广泛，包括再生医学、器官移植、药物筛选等。
例如，利用组织工程技术可以制备出与患者自身组织相容的人工器官，解决器官移植的供需矛盾；同时，组织工程还可以用于疾病模型的建立和药物研发，为临床治疗提供更多选择。
三、干细胞技术与组织工程的结合干细胞技术与组织工程的结合，为医学领域带来了更多可能性。
研究人员可以利用干细胞分化为特定细胞类型，然后将这些细胞种植到支架上，通过组织工程构建出功能性的人工组织或器官。
这种结合技术不仅可以解决组织工程中细胞来源的问题，还可以提高人工组织的生物相容性和功能性。
干细胞技术与组织工程的结合在再生医学领域有着广泛的应用前景。
例如，利用干细胞分化为心脏细胞，再通过组织工程技术构建出人工心脏，可以为心脏病患者提供更好的治疗选择；同时，利用干细胞分化为神经细胞，再通过组织工程技术构建出人工神经组织，可以用于治疗神经退行性疾病等。
第五章 干细胞与组织工程
3. ES细胞的鉴定
-----细胞的形态结构 核型分析 碱性磷酸酶（AKP）染色 SSEA-I 免疫荧光标记 分化能力检测 体外分化试验
体内分化试验 嵌合体形成试验 核移植试验
ES细胞形态学鉴定
依ES细胞的形态结构（胞体体 积小，核大、有一个或几个核仁） 和生长特性（呈克隆状生长，细胞 紧密聚集，形似鸟巢，界限不清） 对ES细胞进行初步鉴定。
三 胚胎干细胞
胚胎干细胞 (embryonic stem cell,ES ) 胚胎生殖细胞 (embryonic germ cell, EG )
1 胚胎干细胞定义
胚胎干细胞(ES）
ES (embryonic stem cell)胚胎干细胞，是 一种高度未分化细胞。从附臵前早期胚胎 内细胞团分离而得到，它具有发育的全能 性，能分化出成体动物的所有组织和器官， 包括生殖细胞。研究和利用ES细胞是当前 生物工程领域的核心问题之一。在未来几 年，ES细胞移植和其它先进生物技术的联 合应用很可能在移植医学领域引发革命性 进步。
3.
ES细胞的全能性主要体现在以下几方面：
①形成畸胎瘤。将ES细胞注人同源动物皮下可形成畸胎瘤，包括三个胚
层细胞；
②形成类胚体。培养ES细胞在非粘附底物中悬浮生长，或控制增殖细胞 数目。能够使之生成类胚体，它是一个与畸胎瘤相似的多种系混杂的集合体、 具有三个胚层组织； ③直系分化。通过控制ES细胞生长环境，或遗传操纵特定基因表达，ES 细胞可直接分化成某特定种系细胞，例如将神经决定基因NeuroD2和NeuroD3 转人ES细胞，可使之分化为神经细胞； ④形成嵌合体。将ES细胞注射到同种动物囊胚腔中后，可以形成嵌合体 （chimera），ES细胞可以参与嵌合体各个器官包括生殖腺的发育。这是检 验一个细胞系是否为ES细胞的标准。
生物技术中的干细胞和组织工程学
生物技术中的干细胞和组织工程学生物技术是近年来发展迅速的一门领域，它涵盖了多个方面的研究。
其中，干细胞和组织工程学是生物技术中的两个重要分支。
干细胞是指能够分化成多种类型细胞的未成熟细胞，而组织工程学是一门利用生物技术制造人工组织和器官的学科。
干细胞和组织工程学的研究对医学科学有着重要意义，它们可以帮助医生治疗多种疾病，改善人类的生命质量。
一、干细胞干细胞是一种未成熟的细胞，它具有自我复制、分化成各种细胞类型的潜能。
在人体中，干细胞可以分为胚胎干细胞和成体干细胞两种。
胚胎干细胞来源于人类早期胚胎的内层细胞团，它们具有高度自我更新和多潜能分化的能力，可以分化成人体内的所有类型细胞。
由于胚胎干细胞来源于人类早期胚胎，因此在使用胚胎干细胞进行研究和治疗时，会引起伦理道德问题和争议。
相对于胚胎干细胞，成体干细胞更易获得且不具有伦理争议。
成体干细胞存在于成年人和幼年人身体中的许多组织和器官中，如骨髓、脂肪、皮肤等。
成体干细胞可以分化成多种不同类型的细胞，包括心脏细胞、神经细胞、骨细胞等等，因此可以用于治疗多种疾病。
二、组织工程学除了干细胞，组织工程学也是生物技术中的一个重要分支。
它利用生物技术和工程学技术来制造人工组织和器官。
组织工程学可以使用多种类型的细胞、支架材料和生长因子来促进组织和器官的生长。
一旦人工组织和器官的开发成熟，医生就可以使用它们来治疗多种与人体组织和器官相关的疾病。
当前，组织工程学已经在许多领域得到了应用，比如皮肤移植、软骨修复等。
由于组织工程学可以使用成体干细胞和其他多种类型的细胞，因此还可以制造血管、肝脏、心脏等人工器官。
这些器官可以用于替代生物体内出现问题的器官，从而实现器官移植。
三、干细胞在组织工程学中的应用在组织工程学中，干细胞是一种非常重要的细胞类型。
干细胞可以分化成多种类型的细胞并成为组织和器官的主要组成部分。
例如，用干细胞制作的人工心脏可以促进心脏组织的再生，从而提高心脏功能。
细胞工程原理成体干细胞及组织工程学ppt课件
角蛋白19（cytokeratin 19, CK19）， 神经细胞粘附分子（neural cell adhesion
molecule，NCAM） 上皮细胞粘附分子（EpCAM） claudin-3（CLDN-3）
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
首都医科大学附属神经外二科主任黄红云等自 2001年起在世界上率先开展流产胎（婴）儿嗅 鞘细胞（一种干细胞）移植治疗脊髓损伤。
已经治疗近400例，部分完全性脊髓损伤患者 恢复部分功能。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
干细胞横向分化 （transdifferentiation）
组织干细胞通过活化潜 在的其他分化程序，改 变了组织干细胞的特异 性种系分化进程 。
造血干细胞向非造血组 织细胞分化、神经干细 胞向血液系统细胞分化
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1996，我国徐荣祥在烧伤创面上找到皮肤器官原 位再生的原始细胞“角蛋白十九型皮肤干细胞”， 他们成功诱导上皮组织基底层的干细胞分化生成 皮肤细胞，使受伤的皮肤得以迅速康复，实现人 体器官原位再生，获得美国专利。
该技术显示我国干细胞研究已进入组织和器官的 原位干细胞修复和复制阶段，在国际上处于领先 地位。
胚胎干细胞与成体干细胞
胚胎干细胞——全能干细胞（totipotent stem cell）
组织工程学和干细胞技术的发展和应用
组织工程学和干细胞技术的发展和应用随着生物技术的快速发展，组织工程学和干细胞技术成为当今最为前沿的研究领域之一。
组织工程学是一门综合性学科，旨在研究如何利用细胞、基质和生物材料等构建功能性组织。
而干细胞技术则是利用早期未分化的干细胞，通过不同的培养方法和治疗手段，促进细胞分化为各种不同类型的细胞，以替代或修复受损的组织。
本文将从这两个方面展开，探讨组织工程学和干细胞技术的发展和应用。
一、组织工程学的发展与应用组织工程学作为一门新兴的交叉学科，已经得到了广泛的应用。
通过细胞培养、基质组织和多种生物工程技术等手段，可以制备出各种组织和器官。
在医学方面，组织工程学的应用范围非常广泛，例如用于替代或修复心脏、肝脏、肺、皮肤等受损的器官和组织，定制化的人工骨骼等。
通过对生物材料的改性和利用纳米技术等手段，可以大大提高组织工程材料的性能和效果，可谓是医学领域的重磅研究方向之一。
二、干细胞技术的发展与应用干细胞是一种未分化的细胞，具有自我复制和多向分化的能力。
通过利用干细胞这一独特的特性，可以制备出各种功能性细胞，如成肌细胞、心肌细胞、脑神经细胞等，以替代或修复受损的组织或器官。
干细胞技术的应用广泛，例如用于治疗糖尿病、心脏病、肝脏病和神经系统疾病等。
此外，干细胞技术还可以不断拓展研究方向，例如用于生成皮肤、睫毛和毛发等，展现出巨大的应用前景。
三、组织工程学与干细胞技术的有机结合细胞是生命存在和发展的基础，细胞的功能和活性是控制组织和器官生长和发育的关键。
在此基础上，组织工程学和干细胞技术的有机结合展示了更为广阔的发展前景。
基于干细胞的组织工程技术不仅能够提高组织工程血管、肌肉等细胞的性能，还能使这些纳米级组织达到理想的形态和结构，克服传统细胞培养技术中所遇到的难题。
在医学领域，基于干细胞的有机结合还有望为疾病治疗和造血器官再生探索出新的途径，开辟出全新的研究领域。
总的来说，组织工程学和干细胞技术是生物技术领域最前沿、最重要的研究内容之一，在医学领域等多个领域拥有广泛的应用前景。
干细胞与组织工程 ppt课件
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Neural Stem Cell Therapy for Clinical Application
神经干细胞治疗临床应用
帕金森病（Parkinson disease，PD）； 阿尔兹海默病（Alzheimer disease，AD）； 亨廷顿病（Huntington disease，HD）；
针对患者组织或器官缺损的情况，利用 干细胞工程技术，诱导细胞定向分化，为其 提供空间支持材料，在体内外培育出所需的 人体组织。
今后可能进一步培育出人造器官。
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5
Three Steps on the Research of Tissue Engineering
制备干细胞，诱导定向分化； 建立由细胞和可降解材料构成的三维空
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造血干细胞转腺苷脱氨酶基因（ada），6年后在外 周血淋巴细胞尚可检测到表达；
标记造血干细胞移植治疗急性白血病儿童，8年后 尚可在外周血中检测到标记的血细胞；
造血干细胞基因治疗的临床效果大多不理想；
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22
Neural Stem Cell (NSC)
神经干细胞（1）
1992年，Reynolds等首先从胎鼠和成鼠的 纹状体分离得到神经干细胞，形成球形细胞 团；可分化为神经系统的三种主要细胞：神 经元细胞、星形胶质细胞和少突胶质细胞；
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成人干细胞体外增殖太久可能癌变 之原因
其原因是这些开始生成端粒酶。端粒酶有阻 止端粒随细胞分裂而逐渐缩短的作用，从而 稳定染色体的末端，在保持细胞“永生”性 中起重要作用。永久打开充质干细胞的端粒 酶基因，最终将使其变成癌细胞。
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展望
随着干细胞工程研究的不断深入， 生命的奇迹必然在21世纪出现!
干细胞与组织工程
②成体干细胞的概念
成体干细胞是一种处于尚未终末分化的、处于干细胞/祖 细胞或前体细胞状态的成体细胞，它来源于成年和未成年 个体的组织干细胞。
正常生理条件下，它倾向于更新、并分化为所在特定组织
的若干种细胞；但在特殊的外界条件下诱导下，一种组织 的成体干细胞能超越该特定组织，分化成其他组织的功能
性细胞，补充参与其他损伤组织的修复等。
LIF是一种天然的细胞因子，因其能诱导小鼠白血病 细胞分化而得名，具有广泛的生物学特性。
LIF在体外具有诱导一种髓样白血病细胞M1细胞向正
常分化和抑制胚胎干细胞自主分化能力，并且能够促 进8细胞以后的桑葚胚至着床前胚胎的发育，提高囊 胚的存活率，促进滋养层细胞增殖和内细胞团生长。
3）条件培养基
③ ES细胞的分离培养
常规培养液为含有白血病细胞抑制因子（LIF）、胎牛血 清、L－谷氨酸、非必需氨基酸（NEAA）、丙酮酸盐、β －巯基乙醇、谷氨酰胺、高浓度葡萄糖的DMEM培养基， 以及EGF，IGF和胰岛素等生长因子。 β－巯基乙醇是一种还原剂，可使血清的含硫化合物还原 成谷胱苷肽，以消除细胞培养中产生的过氧化物的毒害作 用，同时其还可以促进DNA合成，具有诱导细胞增殖和 促进胚胎贴壁的作用。
第11章 干细胞与组织工程
11.1 胚胎干细胞 11.2 成体干细胞 11.3 组织工程 11.4 细胞治疗
11.1 胚胎干细胞
干细胞 胚胎干细胞的生物学特性
胚胎干细胞系的建立
ES细胞的应用前景及面临的难题
1） 饲养层
饲养层是用特定细胞，如成纤维细胞、输卵管上皮细胞、 子宫上皮细胞等，经丝裂霉素C阻断有丝分裂处理后制成 的细胞单层。
组织工程和干细胞治疗的生物学基础
组织工程和干细胞治疗的生物学基础随着医学的进步，组织工程和干细胞治疗已经成为改善生命质量和生存率的重要手段。
它们的发展源于对人体组织再生和代谢过程的深入研究。
本文将探讨组织工程和干细胞治疗的生物学基础。
1. 组织工程的基础知识组织工程是一种将生物材料、细胞和分子生物学技术应用于组织修复和再生的方法。
组织工程的目标是创造可替代生物组织，如人工皮肤、骨骼、血管、肝脏和心脏等。
其中，最常见的应用是用于制备人工皮肤、软骨和骨骼。
组织工程在研究相关的生物学基础时，可以通过研究细胞的细胞外基质环境、生长因子的作用和细胞信号传输途径等方面进行。
从而促进细胞在体外的扩增和分化，进而实现细胞载体和新组织的构建。
2. 干细胞治疗的基础知识干细胞是一种可以自我复制和能源无限分化为不同的细胞类型的细胞。
干细胞来源于内胚层的胚胎干细胞和成年组织中的成体干细胞。
干细胞治疗是基于植入特定种类的干细胞进入身体，促进新组织的生长和修复。
在干细胞治疗的生物学基础研究中，人们主要探讨细胞生存和扩增的条件、干细胞的分化和再生能力、细胞融合和基因转录等方面。
另外，干细胞的来源和分化方式也是研究的热点。
3. 组织工程与干细胞治疗的联系组织工程和干细胞治疗是互补的治疗方法。
组织工程可以用于制备人工载体和建造新的组织结构，而干细胞则通过植入特定的干细胞，促进新组织的生长和修复。
在生物学基础方面，干细胞的分化和再生能力也为组织工程的构建提供了支持。
因此，在现代医学中，组织工程和干细胞治疗的结合已成为一种新的治疗模式。
4. 生物学基础在医学中的应用组织工程和干细胞治疗已经成为医学领域的研究热点。
这些方法可以应用于不同的疾病治疗，如心脏疾病、神经疾病、肿瘤等。
它们不仅能够提高患者的生活质量，还有可能治愈患者的疾病。
生物学基础的研究还为医学中的预防、治疗和康复提供了支持。
因此，深入研究组织工程和干细胞治疗的生物学基础，对于促进医学的进步和改善人类健康水平具有非常重要的意义。
组织工程与干细胞技术的发展
组织工程与干细胞技术的发展随着现代科技的迅猛发展，医学科技也在不断地进步和更新。
其中，组织工程和干细胞技术的发展尤为引人注目。
组织工程组织工程是一种将生物和非生物材料以特定的方式组合成功能性组织的科技。
它的主要目的是在人体内重建受损组织，或为医学研究提供新的材料。
组织工程结合了生物材料学、细胞生物学和力学等多个学科，可以帮助医生们构建出由细胞、材料和生物化学平衡所组成的“组织构造体”。
关于组织工程，我们不能不提到一些基础研究，例如干细胞文化和基因工程等技术。
这些科技提供了从数百到数百万个细胞的纯化方法，使得细胞可以在生物或非生物材料上获得形成组织所需的化学和物理功能。
组织工程也已应用在很多领域，例如心血管医学、骨科和皮肤学等。
在制备工程组织的过程中，散在的细胞会在生物和非生物材料上通过三维细胞培养技术定向排列。
此外，工程组织中的细胞和材料通常会使用生长因子、细胞信号和物理刺激等手段进行激活，以获得更好的功能。
在兼具强韧度和稳定性的生物材料和细胞的共同努力下，细胞组成的组织会趋向于在生物环境中产生与自然结构相似的形状和功能。
干细胞技术干细胞技术是指通过利用干细胞的分化和自我更新能力来修复或替换不同组织和器官。
干细胞通常被认为是具有高度可塑性和自我复制能力的特殊类型的细胞，这种细胞可以在体内不断分化，形成各种不同的功能性细胞，并且可以自我复制，产生更多的同类细胞。
干细胞天然的自我更新和不断分化的能力使得它成为一种有着极高潜力的替代品。
但是，由于干细胞诱导技术可能引起细胞分化方向的偏离、不干净的培养条件、肿瘤或病毒感染等问题，因此发展科技工程干细胞，已成为当前最热点的研究领域之一。
最近研究表明，工程组织中的干细胞可以通过使用相应的化学物质和物理学建议增强细胞与工程组织的相互作用，使干细胞能够定向分化和增殖，将工程组织推向一个更高的水平。
在干细胞技术的帮助下，工程组织和干细胞组成的已造出类似于人心脏、皮肤等模型。
生命科学中的干细胞和组织工程技术
生命科学中的干细胞和组织工程技术随着生命科学的发展，干细胞和组织工程技术成为了当前研究的热点。
干细胞是一种具有自我更新和分化能力的细胞，其能够分化成各种类型的细胞，包括心肌细胞、神经细胞、肝细胞等。
组织工程技术则是利用干细胞和其它种类的细胞来再造、修复和替代人体组织和器官的技术。
这些技术的发展将为医疗界提供新的治疗方式，并为人类带来更加健康的生活。
干细胞是生命科学中的重要研究对象，能够分化成多种不同类型的细胞。
目前，干细胞已经被广泛应用于医学领域，特别是用于细胞治疗和组织再生等方面。
比如，通过干细胞治疗可以预防或治疗一些疾病，如白血病、帕金森综合症等。
此外，干细胞还被应用于生产新型的药物，这些药物可以治疗一些难治疾病，为医学发展提供了新的机会。
组织工程技术则是一种依赖于干细胞和其它种类的细胞来建造和修复人体组织和器官的技术。
这种技术可以改善已有组织的功能，同时也可以用于替代那些因疾病或损伤而无法工作的组织和器官。
比如，科学家们已经成功地使用干细胞建造出植入体内的组织和器官，包括心脏、肝脏、肾脏、眼角膜等。
这些组织和器官的成功修复和再生为人们提供了无限的奇迹。
通过组织工程技术，科学家们还可以在实验室里生产出各种人体细胞，如红血球、血小板、神经细胞、肝细胞等，这些细胞的产生可以用于治疗各种疾病。
这种技术的发展也将有助于细胞治疗的进步，为医学发展带来了更大的机会和可能。
虽然干细胞和组织工程技术在医学领域中发挥着越来越重要的作用，但是在应用过程中也存在一些潜在的风险。
比如，一些对干细胞和组织工程技术的反对者认为，这种技术的应用过程中涉及到人类胚胎，会损害人的尊严和生命。
同时，也存在一些道德和伦理上的问题，如干细胞的来源、治疗的公平性等。
尽管存在着风险和问题，但是生命科学中的干细胞和组织工程技术仍然是一个前景广阔的领域，在医学领域中大有用武之地。
未来，科学家们将继续研究和应用这些技术，为社会带来更多的医学奇迹。
生命科学中的干细胞与组织工程技术
生命科学中的干细胞与组织工程技术人类身体是由成千上万的细胞组成的。
干细胞是一种特殊的细胞，具有自我复制和多向分化的能力。
从干细胞中，我们可以培养出各种类型的成体细胞，如心脏细胞、肝脏细胞、神经细胞等等。
这种科技的应用领域被称为组织工程技术。
干细胞的研究已经引起了广泛的关注和讨论。
一方面，干细胞的研究具有重要的理论价值。
通过研究干细胞，我们可以更好地理解生命科学中的基本过程，如细胞分化、再生和发育等。
另一方面，干细胞的研究也有着广阔的应用前景。
干细胞可以用于治疗各种疾病，如癌症、心脏病、神经退行性疾病等。
同时，干细胞还可以用于体外试验和药物筛选等。
组织工程技术是利用干细胞培养出特定类型的细胞，并将其植入到患者的组织中，以修复受损的组织或器官。
这种技术已经在许多领域取得了突破性的进展。
例如，在心脏病领域，科学家成功地利用干细胞培养出心脏细胞，然后将其植入到受损的心脏中，以增强心脏的功能。
在神经退行性疾病领域，干细胞被用来培养出神经细胞，并且已成功地应用于几种疾病的治疗中。
干细胞和组织工程技术还带来了一些伦理和法律上的争议。
一些人认为研究和应用干细胞会涉及到胚胎的使用，这引发了一些道德和伦理问题。
另外，由于干细胞研究的敏感性，一些国家对其进行了法律限制。
因此，在推广和应用组织工程技术时，需要考虑到这些问题并寻找合理的解决办法。
干细胞与组织工程技术在未来有着广阔的前景。
随着技术的不断进步，我们将能够更好地利用干细胞来治疗各种疾病。
这将大大改善人类的健康状况，提高生活质量。
同时，干细胞的研究也将为生命科学的发展提供更多的机会和挑战。
总之，生命科学中的干细胞与组织工程技术具有重要的理论和应用价值。
通过干细胞的研究，我们可以更好地理解生命的本质，并且将其应用于治疗疾病和修复受损组织。
然而，受伦理和法律的制约，这项技术的推广和应用仍然面临一些困难。
未来，随着技术的进步和伦理观念的变化，干细胞与组织工程技术将有望在医学领域取得更大的突破。
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植入细胞存活情况
TUNEL
植入后干细胞凋亡率小于20%
乳酸脱氢酶显示细胞死亡情况和 对照组无明显差异
电镜观察 组织学评价
肝细胞植入2天后电镜观察，细胞附着 在基质上生长情况良好
干细胞植入后细胞生长情况良好，表达干细胞特异性标志物 Albumin、G6pc、Ugt1a
制得大鼠脱细胞肺脏后，采用肺上皮细 胞、血管内皮细胞再细胞化，获得的再 细胞化肺脏在植入到大鼠体内后具有一 定的气体交换功能
按分化潜能
• 全能干细胞 • 多能干细胞 • 单能干细胞
干细胞：生命机体和组织器官的起源细胞
囊内 胚胎干细胞
受精卵
原始胚胎干胞
囊胚
胚胎干细胞 全能干细胞
胎儿 脐血 成人
成体干细胞 多能干细胞
再生医学 重塑生命
成体干细胞
机体多种成熟分化的组织中普遍存在成体干细胞
骨髓间充质干细胞、神经干细胞、造血干细胞、脂肪干细胞、肌肉干细 胞、表皮干细胞、角膜缘干细胞、视网膜干细胞、肝脏干细胞 、胰腺干 细胞、肠黏膜干细胞等
Cell Based Delivery (Pro vidence, RI) Collagenesis (Beverly, MA) CellSource (Pittsburgh, PA)
Creative Biomolecules (Hopkinton) Cyto Therapeutics (Providence, RI)
MRI图： A、D箭头所指显示软骨缺 损； B、E术后一年，植入物厚度 低于正常的50% C、F术后六年，植入物厚度 与正常软骨相当
J Orthop Sci. 2012 Jul;17(4):413-24.
构建：自体软骨组织，体外培养软骨 细胞
左图：18岁男性分离性骨软骨炎。术 后 2年关节镜观察可见软骨样组织再生。
什么是干细胞
细胞是机体组成的基本单位
细胞
细胞群
组织
机体
干细胞（stem cell, SC）的“干” 译自英文“stem”，意为“茎干”、 “干”和“起源”。
干细胞即起源细胞。
干细胞是一类具有无限的或者永生的自我更新能力的细胞， 能够产生至少一种类型的、高度分化的子代细胞。
分类
按发生学来源
• 胚胎干细胞 • 成体干细胞
膀胱黏膜下层来源的胶原基质 +PGA 新膀胱 + 原有膀胱残基 网膜包裹
Atala et al
Lancet, 2006
36
Lancet. 2006 Apr 15;367(9518):1241-6
通过冠状动脉灌注的方式制备脱细胞大鼠心脏
猪的脱细胞心脏制备（逆行灌注）
心肌细胞在脱细胞心脏心内膜面培养生长
右图：A、B，26岁男性，术后7年后； C、D，17岁女性，术后6年；E、F， 42岁男性，术后5年。均可见软骨厚度 增加（箭头）。
Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2013 May 12
组织工程软骨修复肋软骨缺损
Poland综合征
组织工程气管
异体气管脱细胞+自体上皮细胞、 软骨细胞，进行三维培养
Stryker (Kalamazoo, MI)
主营业务
Skin, cartilage, bone and liver, etc Blood vessels
Bioartificial muscle Tissue matrix system Vascularized fat cells NOVOS bone graft material Cellencapsulation; progenitor cell transplantation Bone substitute material Bone morphogenetic protein Wound repair, tissue regeneration Telomerase-immortalized stem cells Artificial Skin non-biologic material Pro-osteon bone graft from coral AlloDerm for skin replacement Pluripotent mesenchymal stem cells Apligraf human skin equivalent Cartilage tissue generation mechanisms Stem cell engineering Recombinant protein polymer hydrogel Vascular tissue engineering Local and systemic tissue-engineering products Matrix-based delivery of DNA for tissue repair Skin2 living human skin tissue
烧伤 溃疡 骨缺损 关节置换 角膜移植 肾移植 肝移植 癌症
750万/年 700万/年 300万/年 300万/年 500万/年 50万/年 30万/年 >200万/年 新增
普罗米修斯的肝脏
自然界中生物的再生现象
蝾螈的四肢、壁虎的尾巴都具有自然再生的能力。 青蛙与蝾螈同属两栖动物，却不具备再生的能力，但青蛙的前 身蝌蚪却又显示出四肢再生的能力。
•组织工程领域的高增长性和广阔的前景，吸引了全球组织工程企 业投入巨资，公司数量从几十家迅猛增长到220余家，其中不乏强 生、诺华、欧莱雅等大公司。
组 织 工 程 公 司
公司
Advanced Tissue Sciences(La Jolla CA) Alertek/Bio (Quebec, QC, Canada)
Lancet. 2008 Dec 13;372(9655):2023-30.
组织工程尿道
自体细胞（肌细胞，尿道上皮细胞）体外培养+支架材料
Lancet. 2011 Apr 2;377(9772):1175-82.
组织工程膀胱
7例自体组织工程膀胱扩大替代脊髓脊 膜膨出——神经源性膀胱
（膀胱内压力增高和膀胱顺应性差） 移行上皮细胞和平滑肌细胞
在特定条件下，成体干细胞或者产生新的干细胞， 或者按一定的程序分化，形成新的功能细胞，从而
使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡
间充质干细胞的来源
多向分化
干细胞临床应用潜力不断拓展
组织工 程
复合培养
人
干细胞
支架材料
体
组织工程产品
零
体外构建有生命的组织或器官 件 制
修复组织缺损，重建器官功能
造
组织工程研究
Protein Polymer Technologies (San Diego, CA) Regeneration (Tarrytown, NY) Reprogenesis (Cambridge, MA)
Selctive Genetics (San Diego, CA) Stratum Laboratories (La Jolla, CA)
Bone regeneration
中国组织工程研究
始于90年代初，与国外时间差距最小
1994～2002年，国家自然科学基金资助80多个项目 进行组织工程相关研究
1996年 卫生部临床学科重点项目 1998年 国家自然科学基金重点项目资助 1999年 “国家重点基础研究发展规划(973)”资助 2001年 “863”项目主题项目 2002年 “863”组织器官工程重大专项 2006年 “863”干细胞组织工程重大项目 2008年 “重大新药创制”科技重大专项“十一五”计划 2011年 启动组织工程“十二五”计划 2012年 中国科学院战略性先导科技专项“干细胞与再生医学研究”
ETEX (Cambridge, MA) Genetics Institute (Cambridge, MA) Genzyme Tissue Repair (Cambridge, MA)
Geron (Menlo Park, CA) Integra LifeScience (Plainsboro, NJ)
Interpore Internation (Irvine, CA) LifeCell(The Woodlands, TX)
MorphoGen Pharmaceutical (New York) Organogenesis (Canton, MA)
Osiris Therapeutics (Baltimore, MD) Progenitor (Menlo Park, CA)
脱细胞肺经复合肺上皮细胞、血管内皮细胞培养1周后，原位植入受体大鼠左肺。H&E 染色可以看到有红 细胞进入植入部位，并且有部分红细胞进入了气体交换区域
组织再生是有限的
• 成人小肠缺失 >70% 危及生命 • 肝脏切除 >90% 危及生命 • 骨缺损 >1cm 不能愈合 • 关节软骨缺损不能自行修复 • 神经元不能再生
再生医学
（regenerative medicine）
利用机体细胞重新制作损伤的组织、器官， 使其恢复自然状态的研究……
再生医学
组织工程是随着现代生物技术的发展和多学科的交叉而 兴起的一种新的生物治疗模式 目前人类疾病生物治疗的热点和重要研究方向 可能提供新的损伤治疗修复手段
国际发展现状
•全球每年花费在器官替代中的医疗费用为3500亿美元（占全球医 疗支出的8%），其中对组织工程皮肤的市场需求高达180亿美元， 关节置换产品市场高达250亿美元/年。据预测，组织工程相关产品 在今后二十年的潜在市场额为5000亿美元/年。
• 通过重建受损的细胞和组织来恢复器官的功能 • 多学科技术的整合与应用 • 干细胞治疗，组织工程治疗，基因治疗……… • 再生医学药物开发与应用