胃腸道組織工程課件

胃腸道組織工程Gastrointestinal(GI)TissueEngineering胃腸道組織工程Gastrointestinal(GI)T胃腸道組織工程課件構(gòu)成(Structure)種子細(xì)胞seededcellular生物材料支架biomaterialscaffold構(gòu)成(Structure)種子細(xì)胞seededcellu細(xì)胞來(lái)源及增殖

Cellsource&proliferationHeterologous（異質(zhì)性）Allogenic（同種異體）Autologous（自體同源）細(xì)胞來(lái)源及增殖

Cellsource&prolifer胚胎或成體干細(xì)胞骨髓源性細(xì)胞肌源性干細(xì)胞神經(jīng)元祖細(xì)胞神經(jīng)嵴源性干細(xì)胞胚胎或成體干細(xì)胞材料來(lái)源天然來(lái)源的材料（膠原蛋白支架，小腸粘膜下層起源的支架）人工聚合物構(gòu)成的支架（聚乳酸，聚羥基乙酸，聚己內(nèi)酯等）材料來(lái)源天然來(lái)源的材料（膠原蛋白支架，小腸粘膜下層起源的支架生物材料特性生物相容性生物降解性生物材料特性生物相容性腸組織工程支架需要注意的因素：a支架本身的力學(xué)特性；b多孔隙促進(jìn)氣體和營(yíng)養(yǎng)成分的交換；c降解率d對(duì)于粘附、增殖以及主要免疫反應(yīng)的生物相容性腸組織工程支架需要注意的因素：a支架本身的力學(xué)特性；目的（Purpose)平滑肌結(jié)構(gòu)層內(nèi)在腸神經(jīng)叢特定粘膜上皮細(xì)胞間質(zhì)細(xì)胞模擬解剖和生理上固有的胃腸道目的（Purpose)平滑肌結(jié)構(gòu)層模擬解剖和生理上固有的胃腸血管化體內(nèi)許多組織需要血管供應(yīng)細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)和氧氣，組織中氧氣的彌散限制在200微米之內(nèi)，超過(guò)這個(gè)范圍（氧氣彌散受限）就需要生成新的血管。體外培養(yǎng)的大部分組織工程結(jié)構(gòu)能夠獲得足夠的營(yíng)養(yǎng)，但是移植到體內(nèi)后營(yíng)養(yǎng)和氧氣的供應(yīng)常常受限，特別是那些壁較厚、較大的工程化組織更易受影響。為充分血管化的組織會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞不能融合或細(xì)胞死亡。目前已成功使用的工程組織僅限于較薄或無(wú)血管組織，像皮膚、軟骨等。因此，血管化是組織工程結(jié)構(gòu)應(yīng)用于臨床的一個(gè)受限因素。血管化體內(nèi)許多組織需要血管供應(yīng)細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)和氧氣，組織中氧氣的彌血管形成示意圖在血管形成期間內(nèi)皮祖細(xì)胞產(chǎn)生主要的血管網(wǎng)，所形成的動(dòng)靜脈擴(kuò)展，周邊細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞加入以穩(wěn)定血管，形成一個(gè)成熟的血管網(wǎng)血管形成示意圖組織工程中提高血管化的措施支架設(shè)計(jì)血管生成因子引入體內(nèi)預(yù)血管化體外預(yù)血管化組織工程中提高血管化的措施支架設(shè)計(jì)支架設(shè)計(jì)壓縮成型，鹽析多孔性孔徑大小是血管長(zhǎng)入的關(guān)鍵因素>250微米生長(zhǎng)較快微孔內(nèi)部連通性也是一個(gè)重要因素支架設(shè)計(jì)壓縮成型，鹽析引入血管生長(zhǎng)因子自由擴(kuò)散的VEGF121形成了無(wú)序的血管形成，螺旋狀結(jié)構(gòu)在細(xì)胞所需出通過(guò)MMPs酶解釋放VEGF121形成了規(guī)整的血管VEGF和bEGE刺激內(nèi)皮細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、參與血管形成。無(wú)組織性，有漏隙，易出血加入平滑肌細(xì)胞、外周細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)PDGFTGF-b引入血管生長(zhǎng)因子自由擴(kuò)散的VEGF121形成了無(wú)序的血管形成體內(nèi)血管化i移植前替代動(dòng)靜脈供應(yīng)血液ii移植后8周大量血管形成體內(nèi)血管化i移植前替代動(dòng)靜脈供應(yīng)血液體外血管化大鼠成肌細(xì)胞聯(lián)合臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞，胚胎成纖維細(xì)胞接種到支架形成預(yù)血管網(wǎng)，然后移植到體內(nèi)與脈管系統(tǒng)吻合。體外血管化大鼠成肌細(xì)胞聯(lián)合臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞，胚胎成纖維細(xì)胞接種胃腸道神經(jīng)肌肉結(jié)構(gòu)替代物的管狀結(jié)構(gòu)示意圖當(dāng)移植時(shí)所選擇的生物材料支架必須有適當(dāng)?shù)目紫对试S新生血管通過(guò)。理想化的是想象的組織工程替代物在不同的結(jié)構(gòu)層中包含不同的細(xì)胞，具有Cajal(ICC)間質(zhì)細(xì)胞的環(huán)形和縱形平滑肌。此外，管狀結(jié)構(gòu)也包括局部的腸神經(jīng)叢(腸肌層和粘膜下層）。支架生物材料必須允許再次形成上皮從而再生粘膜層。生物工程管狀結(jié)構(gòu)必須能夠維持一個(gè)專有的管腔，在移植到體內(nèi)后使用期間能夠維持其完整性，不容許有內(nèi)容物漏出。當(dāng)移植時(shí)，完美的組織工程結(jié)構(gòu)將于現(xiàn)存的肌肉、神經(jīng)和粘膜層結(jié)合在一起并且能夠從中樞神經(jīng)系統(tǒng)中獲取信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)蠕動(dòng)，腸運(yùn)動(dòng)，消化及排泄。胃腸道神經(jīng)肌肉結(jié)構(gòu)替代物的管狀結(jié)構(gòu)示意圖胃組織工程研究胃作為食物的儲(chǔ)存器。胃運(yùn)動(dòng)機(jī)械性的碾碎食物并且提高與消化酶的混合。而后進(jìn)一步對(duì)食物進(jìn)行化學(xué)消化。胃排空食物使其進(jìn)入十二指腸受力學(xué)，神經(jīng)和激素調(diào)控。胃中運(yùn)動(dòng)的破壞，由于糖尿病，ICC的耗盡，或胃平滑肌運(yùn)動(dòng)的減弱導(dǎo)致胃排空的延遲或加速。胃組織工程研究胃作為食物的儲(chǔ)存器。胃運(yùn)動(dòng)機(jī)械性的碾碎食物并且非細(xì)胞性組織工程支架修復(fù)受損胃壁16周后再生的胃壁非細(xì)胞性組織工程支架修復(fù)受損胃壁16周后再生的胃壁組織分析：胃壁主要由再生的粘膜層和粘膜下層組成，在粘膜下層以下還可見(jiàn)到較薄的肌層組織分析：胃壁主要由再生的粘膜層和粘膜下層組成，在粘膜下層以胃腸道組織工程課件新補(bǔ)片直徑5cm從粘膜到漿膜由三層構(gòu)成：PDLCL、膠原蛋白支架、PGA非紡織纖維新補(bǔ)片直徑5cm從粘膜到漿膜由三層構(gòu)成：PDLCL、膠原蛋白抗張力強(qiáng)度與食管相似，但是新補(bǔ)片沒(méi)有固有消化管的高彈性內(nèi)窺鏡檢查結(jié)果A:手術(shù)1周后，PDLCL沒(méi)有剝落或裂開術(shù)后2周PDLCL開始變薄，逐漸縮小，開始從周圍粘膜脫離。B:術(shù)后4周PDLCL完全消失，在移植中心區(qū)形成一個(gè)巨大的潰瘍樣病變，潰瘍易出血，沒(méi)有粘膜再生C:術(shù)后8周，周圍粘膜再生D：術(shù)后12周，再生粘膜向中心擴(kuò)展，但是中央一直存在小潰瘍抗張力強(qiáng)度與食管相似，但是新補(bǔ)片沒(méi)有固有消化管的高彈性內(nèi)窺鏡A：漿膜面完全由粘附的網(wǎng)膜覆蓋。B:粘膜面修補(bǔ)中央?yún)^(qū)一直存在線性小潰瘍，再生區(qū)域粘膜缺乏皺褶。免疫組化a-SMA在整個(gè)區(qū)域得到表達(dá)，但是層次結(jié)構(gòu)不明顯。basiccalponin在同一區(qū)域很難表達(dá)。說(shuō)明沒(méi)有平滑肌再生A：漿膜面完全由粘附的網(wǎng)膜覆蓋。免疫組化結(jié)論新補(bǔ)片能夠用于沒(méi)有感染或吻合口裂開的胃壁缺損的修補(bǔ)。4周后周圍粘膜開始再生，16周一直存在線性潰瘍。再生胃區(qū)域較原始大小縮小了60%-80%.顯然沒(méi)有肌肉層的再生。未考慮自體血液來(lái)源供應(yīng)支架。新補(bǔ)片顯示出了充分的機(jī)械強(qiáng)度和更好的生物相容性。然而還需進(jìn)一步研究解決功能方面的問(wèn)題結(jié)論新補(bǔ)片能夠用于沒(méi)有感染或吻合口裂開的胃壁缺損的修補(bǔ)。4周Micci等將CNS源性的神經(jīng)祖細(xì)胞移植到胃輕癱的大鼠幽門表明該細(xì)胞能夠分化成神經(jīng)細(xì)胞并且改善了胃排空功能。祖細(xì)胞移植為胃腸運(yùn)動(dòng)方面的功能性組織工程開辟了一條可探索的途徑。Micci等將CNS源性的神經(jīng)祖細(xì)胞移植到胃輕癱的大鼠幽門小腸小腸是營(yíng)養(yǎng)吸收的主要結(jié)構(gòu)。小腸的蠕動(dòng)以及部分收縮能夠增加食物與小腸的壁的接觸面積以便更好的促進(jìn)小腸絨毛吸收營(yíng)養(yǎng)。由于先天缺陷或是多種手術(shù)切除，小腸收縮缺失導(dǎo)致短腸綜合征。短段小腸導(dǎo)致吸收障礙，營(yíng)養(yǎng)不良以及運(yùn)動(dòng)方式的適應(yīng)性改變。組織工程為短腸綜合征實(shí)施腸延長(zhǎng)手術(shù)提供了一個(gè)較好的解決方案。小腸小腸是營(yíng)養(yǎng)吸收的主要結(jié)構(gòu)。小腸的蠕動(dòng)以及部分收縮能夠增加TissueEngineeringofSmallIntestinalTissueUsingCollagen

SpongeScaffoldsSeededwithSmoothMuscleCells移植區(qū)域粘膜面的發(fā)現(xiàn)Macroscopicfindingsontheluminalsideofthegraftarea.TheSMC(-)group(A)andSMC(+)group(B)at4weeksafterimplantation,andtheSMC(-)group(C)andSMC(+)group(D)at12weeksafterimplantation.(AandB)Inbothgroups,theluminalsurfaceofthegraftareawasnotcoveredwithmucosaat4weeks,buthadanulcerativeappearance.(C)At12weeks,thegraftsurfacesintheSMC(-)groupwerecoveredbyregeneratedmucosathatwasdepressedrelativetotheadja-centmucosa.(D)At12weeksintheSMC(+)group,itwasdif-ficulttomacroscopicallydistinguishtheappearanceandcontouroftheregeneratedmucosafromthatofthenormalmucosa.Lee等人將種植有腸平滑肌的膠原蛋白支架制成偽管狀結(jié)構(gòu)，植入網(wǎng)膜中進(jìn)行預(yù)血管化發(fā)現(xiàn)形成了新血管，但是腸道神經(jīng)細(xì)胞并沒(méi)有再生并且腸平滑肌表現(xiàn)出非收縮形式。TissueEngineeringofSmallIn謝謝謝謝胃腸道組織工程Gastrointestinal(GI)TissueEngineering胃腸道組織工程Gastrointestinal(GI)T胃腸道組織工程課件構(gòu)成(Structure)種子細(xì)胞seededcellular生物材料支架biomaterialscaffold構(gòu)成(Structure)種子細(xì)胞seededcellu細(xì)胞來(lái)源及增殖

Cellsource&proliferationHeterologous（異質(zhì)性）Allogenic（同種異體）Autologous（自體同源）細(xì)胞來(lái)源及增殖

Cellsource&prolifer胚胎或成體干細(xì)胞骨髓源性細(xì)胞肌源性干細(xì)胞神經(jīng)元祖細(xì)胞神經(jīng)嵴源性干細(xì)胞胚胎或成體干細(xì)胞材料來(lái)源天然來(lái)源的材料（膠原蛋白支架，小腸粘膜下層起源的支架）人工聚合物構(gòu)成的支架（聚乳酸，聚羥基乙酸，聚己內(nèi)酯等）材料來(lái)源天然來(lái)源的材料（膠原蛋白支架，小腸粘膜下層起源的支架生物材料特性生物相容性生物降解性生物材料特性生物相容性腸組織工程支架需要注意的因素：a支架本身的力學(xué)特性；b多孔隙促進(jìn)氣體和營(yíng)養(yǎng)成分的交換；c降解率d對(duì)于粘附、增殖以及主要免疫反應(yīng)的生物相容性腸組織工程支架需要注意的因素：a支架本身的力學(xué)特性；目的（Purpose)平滑肌結(jié)構(gòu)層內(nèi)在腸神經(jīng)叢特定粘膜上皮細(xì)胞間質(zhì)細(xì)胞模擬解剖和生理上固有的胃腸道目的（Purpose)平滑肌結(jié)構(gòu)層模擬解剖和生理上固有的胃腸血管化體內(nèi)許多組織需要血管供應(yīng)細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)和氧氣，組織中氧氣的彌散限制在200微米之內(nèi)，超過(guò)這個(gè)范圍（氧氣彌散受限）就需要生成新的血管。體外培養(yǎng)的大部分組織工程結(jié)構(gòu)能夠獲得足夠的營(yíng)養(yǎng)，但是移植到體內(nèi)后營(yíng)養(yǎng)和氧氣的供應(yīng)常常受限，特別是那些壁較厚、較大的工程化組織更易受影響。為充分血管化的組織會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞不能融合或細(xì)胞死亡。目前已成功使用的工程組織僅限于較薄或無(wú)血管組織，像皮膚、軟骨等。因此，血管化是組織工程結(jié)構(gòu)應(yīng)用于臨床的一個(gè)受限因素。血管化體內(nèi)許多組織需要血管供應(yīng)細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)和氧氣，組織中氧氣的彌血管形成示意圖在血管形成期間內(nèi)皮祖細(xì)胞產(chǎn)生主要的血管網(wǎng)，所形成的動(dòng)靜脈擴(kuò)展，周邊細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞加入以穩(wěn)定血管，形成一個(gè)成熟的血管網(wǎng)血管形成示意圖組織工程中提高血管化的措施支架設(shè)計(jì)血管生成因子引入體內(nèi)預(yù)血管化體外預(yù)血管化組織工程中提高血管化的措施支架設(shè)計(jì)支架設(shè)計(jì)壓縮成型，鹽析多孔性孔徑大小是血管長(zhǎng)入的關(guān)鍵因素>250微米生長(zhǎng)較快微孔內(nèi)部連通性也是一個(gè)重要因素支架設(shè)計(jì)壓縮成型，鹽析引入血管生長(zhǎng)因子自由擴(kuò)散的VEGF121形成了無(wú)序的血管形成，螺旋狀結(jié)構(gòu)在細(xì)胞所需出通過(guò)MMPs酶解釋放VEGF121形成了規(guī)整的血管VEGF和bEGE刺激內(nèi)皮細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、參與血管形成。無(wú)組織性，有漏隙，易出血加入平滑肌細(xì)胞、外周細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)PDGFTGF-b引入血管生長(zhǎng)因子自由擴(kuò)散的VEGF121形成了無(wú)序的血管形成體內(nèi)血管化i移植前替代動(dòng)靜脈供應(yīng)血液ii移植后8周大量血管形成體內(nèi)血管化i移植前替代動(dòng)靜脈供應(yīng)血液體外血管化大鼠成肌細(xì)胞聯(lián)合臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞，胚胎成纖維細(xì)胞接種到支架形成預(yù)血管網(wǎng)，然后移植到體內(nèi)與脈管系統(tǒng)吻合。體外血管化大鼠成肌細(xì)胞聯(lián)合臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞，胚胎成纖維細(xì)胞接種胃腸道神經(jīng)肌肉結(jié)構(gòu)替代物的管狀結(jié)構(gòu)示意圖當(dāng)移植時(shí)所選擇的生物材料支架必須有適當(dāng)?shù)目紫对试S新生血管通過(guò)。理想化的是想象的組織工程替代物在不同的結(jié)構(gòu)層中包含不同的細(xì)胞，具有Cajal(ICC)間質(zhì)細(xì)胞的環(huán)形和縱形平滑肌。此外，管狀結(jié)構(gòu)也包括局部的腸神經(jīng)叢(腸肌層和粘膜下層）。支架生物材料必須允許再次形成上皮從而再生粘膜層。生物工程管狀結(jié)構(gòu)必須能夠維持一個(gè)專有的管腔，在移植到體內(nèi)后使用期間能夠維持其完整性，不容許有內(nèi)容物漏出。當(dāng)移植時(shí)，完美的組織工程結(jié)構(gòu)將于現(xiàn)存的肌肉、神經(jīng)和粘膜層結(jié)合在一起并且能夠從中樞神經(jīng)系統(tǒng)中獲取信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)蠕動(dòng)，腸運(yùn)動(dòng)，消化及排泄。胃腸道神經(jīng)肌肉結(jié)構(gòu)替代物的管狀結(jié)構(gòu)示意圖胃組織工程研究胃作為食物的儲(chǔ)存器。胃運(yùn)動(dòng)機(jī)械性的碾碎食物并且提高與消化酶的混合。而后進(jìn)一步對(duì)食物進(jìn)行化學(xué)消化。胃排空食物使其進(jìn)入十二指腸受力學(xué)，神經(jīng)和激素調(diào)控。胃中運(yùn)動(dòng)的破壞，由于糖尿病，ICC的耗盡，或胃平滑肌運(yùn)動(dòng)的減弱導(dǎo)致胃排空的延遲或加速。胃組織工程研究胃作為食物的儲(chǔ)存器。胃運(yùn)動(dòng)機(jī)械性的碾碎食物并且非細(xì)胞性組織工程支架修復(fù)受損胃壁16周后再生的胃壁非細(xì)胞性組織工程支架修復(fù)受損胃壁16周后再生的胃壁組織分析：胃壁主要由再生的粘膜層和粘膜下層組成，在粘膜下層以下還可見(jiàn)到較薄的肌層組織分析：胃壁主要由再生的粘膜層和粘膜下層組成，在粘膜下層以胃腸道組織工程課件新補(bǔ)片直徑5cm從粘膜到漿膜由三層構(gòu)成：PDLCL、膠原蛋白支架、PGA非紡織纖維新補(bǔ)片直徑5cm從粘膜到漿膜由三層構(gòu)成：PDLCL、膠原蛋白抗張力強(qiáng)度與食管相似，但是新補(bǔ)片沒(méi)有固有消化管的高彈性內(nèi)窺鏡檢查結(jié)果A:手術(shù)1周后，PDLCL沒(méi)有剝落或裂開術(shù)后2周PDLCL開始變薄，逐漸縮小，開始從周圍粘膜脫離。B:術(shù)后4周PDLCL完全消失，在移植中心區(qū)形成一個(gè)巨大的潰瘍樣病變，潰瘍易出血，沒(méi)有粘膜再生C:術(shù)后8周，周圍粘膜再生D：術(shù)后12周，再生粘膜向中心擴(kuò)展，但是中央一直存在小潰瘍抗張力強(qiáng)度與食管相似，但是新補(bǔ)片沒(méi)有固有消化管的高彈性內(nèi)窺鏡A：漿膜面完全由粘附的網(wǎng)膜覆蓋。B:粘膜面修補(bǔ)中央?yún)^(qū)一直存在線性小潰瘍，再生區(qū)域粘膜缺乏皺褶。免疫組化a-SMA在整個(gè)區(qū)域得到表達(dá)，但是層次結(jié)構(gòu)不明顯。basiccalponin在同一區(qū)域很難表達(dá)。說(shuō)明沒(méi)有平滑肌再生A：漿膜面完全由粘附的網(wǎng)膜覆蓋。免疫組化結(jié)論新補(bǔ)片能夠用于沒(méi)有感染或吻合口裂開的胃壁缺損的修補(bǔ)。4周后周圍粘膜開始再生，16周一直存在線性潰瘍。再生胃區(qū)域較原始大小縮小了60%-80%.顯然沒(méi)有肌肉層的再生。未考慮自體血液來(lái)源供應(yīng)支架。新補(bǔ)片顯示出了充分的機(jī)械強(qiáng)度和更好的生物相容性。然而還需進(jìn)一步研究解決功能方面的問(wèn)題結(jié)論新補(bǔ)片能夠用于沒(méi)有感染或吻合口裂開的胃壁缺損的修補(bǔ)。4周Micci等將CNS源性的神經(jīng)祖細(xì)胞移植到胃輕癱的大鼠幽門表明該細(xì)胞能夠分化成神經(jīng)細(xì)胞并且改善了胃排空功能。祖細(xì)胞移植為胃腸運(yùn)動(dòng)方面的功能性組織工程開辟了一條可探索的途徑。Micci等將CNS源性的神經(jīng)祖細(xì)胞移植到胃輕癱的大鼠幽門小腸小腸是營(yíng)養(yǎng)吸收的主要結(jié)構(gòu)。小腸的蠕動(dòng)以及部分收縮能夠增加食物與小腸的壁的接觸面積以便更好的促進(jìn)小腸絨毛吸收營(yíng)養(yǎng)。由于先天缺陷或是多種手術(shù)切除，小腸收縮缺失導(dǎo)致短腸綜合征。短段小腸導(dǎo)致吸收障礙，營(yíng)養(yǎng)不良以及運(yùn)動(dòng)方式的適應(yīng)性改變。組織工程為短腸綜合征實(shí)施腸延長(zhǎng)手術(shù)提供了一個(gè)較好的解決方案。小腸小腸是營(yíng)養(yǎng)吸收的主要結(jié)構(gòu)。小腸的蠕動(dòng)以及部分收縮能夠增加TissueEngineeringofSmallIntestinalTissueUsingCollagen

SpongeScaffoldsSeededwithSmoothMuscleCells移植區(qū)域粘膜面的發(fā)現(xiàn)Macroscopicfindingso