組織工程學(xué)(新)

組織工程學(xué)原理與技術(shù)

byXiMaoDepartmentofHistologyandEmbryologyMedicalSchool,SoutheastUniversity

PrinciplesandProtocolsofTissueEngineering

第一章

組織工程學(xué)研究概況第一節(jié)

組織工程學(xué)的概念與發(fā)展一、組織工程學(xué)的發(fā)展

從重建外科學(xué)組織工程學(xué)臟器“絕對(duì)缺乏”以及所提供臟器的安全性得不到保障發(fā)展的必然性尋找新的治療途徑:要求良好的功能及完美的外形提供有利條件：完善的細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)和可控降解的高分子材料的出現(xiàn)提供了新的研究方法：基因工程技術(shù)、免疫隔離技術(shù)等為改造細(xì)胞提供了新方法；巨大的市場(chǎng)需求：為組織工程學(xué)發(fā)展注入了動(dòng)力

二、組織工程學(xué)基本概念組織工程學(xué)是一門(mén)應(yīng)用工程學(xué)與生命科學(xué)原理相結(jié)合的邊緣學(xué)科，是材料學(xué)、工程學(xué)和生命科學(xué)共同發(fā)展并相互融合的產(chǎn)物，是組織培養(yǎng)、材料科學(xué)和移植術(shù)領(lǐng)域進(jìn)展的必然結(jié)果，是研究開(kāi)發(fā)能夠修復(fù)、維持或改善損傷組織功能的生物替代物的一門(mén)學(xué)科。目的是構(gòu)建組織器官的生物替代品，用來(lái)維持、修復(fù)以及促進(jìn)缺損組織器官功能的恢復(fù)需要解決的問(wèn)題是如何維持構(gòu)建器官所需的數(shù)目巨大的細(xì)胞，以及構(gòu)建含有多種細(xì)胞的組織器官三、組織工程學(xué)的基本原理在活體上取得并分離細(xì)胞后培養(yǎng)將體外培養(yǎng)的高濃度的功能相關(guān)的活細(xì)胞種植于天然或人工合成的細(xì)胞外基質(zhì)上經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的培養(yǎng)，形成具有一定外形、結(jié)構(gòu)和功能的組織或器官。第二節(jié)

組織工程學(xué)的研究?jī)?nèi)容①細(xì)胞的培養(yǎng)和生長(zhǎng)的研究；②細(xì)胞外基質(zhì)替代物的研究；③組織工程化組織在各種病損組織中的替代研究。

一、種子細(xì)胞與干細(xì)胞在組織工程研究中的應(yīng)用前景

細(xì)胞的可靠來(lái)源與應(yīng)用①動(dòng)物細(xì)胞的安全性是因?yàn)槊庖呦到y(tǒng)對(duì)其排斥②胚胎干細(xì)胞的安全性是因?yàn)槠涞娜苄苑只鄢审w干細(xì)胞：造血干細(xì)胞、神經(jīng)嵴細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞種子細(xì)胞的研究?jī)?nèi)容包括：自體、異體、異種各種組織細(xì)胞的分離培養(yǎng)技術(shù)細(xì)胞生物學(xué)行為的研究多種細(xì)胞的復(fù)合培養(yǎng)技術(shù)；細(xì)胞因子的有序作用、信息傳遞及其調(diào)控；建立實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞系，改造種子細(xì)胞，延長(zhǎng)細(xì)胞壽命及生存期改變細(xì)胞表面結(jié)構(gòu)，研究細(xì)胞粘附及抗粘附力的技術(shù)及其影響機(jī)制；研究降低細(xì)胞抗原性及增強(qiáng)宿主免疫耐受的方法二、生物支架材料是組織工程研究的關(guān)鍵理想的組織工程細(xì)胞外基質(zhì)材料的要求①良好的生物相容性②良好的生物降解性③具有三維立體多孔結(jié)構(gòu)④可塑性和一定的機(jī)械強(qiáng)度⑤良好的材料一細(xì)胞界面。

第三節(jié)

組織工程學(xué)的研究概況一、組織工程化皮膚的研究傳統(tǒng)治療方法：①自體斷層皮點(diǎn)狀植皮；②采用新鮮或者凍存同種尸體供皮；人工皮膚：在美國(guó)率先應(yīng)用于臨床：①人工皮片②人工真皮替代物③人工復(fù)合全層皮膚。二、組織工程化外周神經(jīng)的研究斷端吻合、自體神經(jīng)移植或神經(jīng)橋接等方法修復(fù)后的神經(jīng)一般都發(fā)生損傷處軸突及髓鞘向近遠(yuǎn)中向的潰變、神經(jīng)元胞體腫脹和可逆性潰變，直接影響所涉及到的功能施萬(wàn)細(xì)胞是周?chē)窠?jīng)組織工程的核心骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSC)

與神經(jīng)干細(xì)胞等多種細(xì)胞用于組織工程化外周神經(jīng)的研制良好的生物材料是周?chē)窠?jīng)組織工程的支架。三、組織工程化軟骨的研究軟骨種子細(xì)胞的獲得途徑：①體內(nèi)獲得的軟骨細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)增殖；②誘導(dǎo)培養(yǎng)的胚胎干細(xì)胞分化成軟骨細(xì)胞；③永生化軟骨細(xì)胞。④誘導(dǎo)BMSC分化為軟骨細(xì)胞。構(gòu)建的細(xì)胞支架復(fù)合物在生化組成和組織結(jié)構(gòu)上與正常關(guān)節(jié)軟骨相似，但其膠原和糖胺多糖的含量沒(méi)有達(dá)到正常軟骨的水平。

四、組織工程化骨的研究1．種子細(xì)胞：（1）骨外膜：骨原細(xì)胞（2）胚胎與新生動(dòng)物骨及人胚胎骨經(jīng)培養(yǎng)得到的成纖維細(xì)胞樣細(xì)胞（3）骨髓基質(zhì)細(xì)胞可分化為成纖維細(xì)胞系、網(wǎng)狀細(xì)胞系、成脂肪細(xì)胞系、成骨細(xì)胞系等。2．細(xì)胞載體支架①良好的生物相容性和生物降解性；②具有骨誘導(dǎo)性和骨傳導(dǎo)性；③具有一定強(qiáng)度；④易于塑形；⑤具有負(fù)荷最大量細(xì)胞的高滲透性；⑥支持骨細(xì)胞生長(zhǎng)和功能分化；⑦可與其他活性分子復(fù)合；⑧易于消毒?；|(zhì)材料主要：有機(jī)高分子材料，無(wú)機(jī)材料。

3．骨組織構(gòu)建促進(jìn)組織工程骨血管化：（1）血管束植入技術(shù)

(2)筋膜瓣包裹術(shù)

(3)組織工程化預(yù)構(gòu)骨瓣

(4)生長(zhǎng)因子摻入

五、組織工程化肌腱的研究肌腱種子細(xì)胞主要來(lái)源：①肌腱組織；②間充質(zhì)干細(xì)胞和脂肪基質(zhì)干細(xì)胞的誘導(dǎo)分化。

隨支架力學(xué)性能逐漸喪失，肌腱細(xì)胞按應(yīng)力方向生長(zhǎng)并分泌膠原,形成線狀排列的肌腱組織。

六、組織工程化牙體、牙髓的研究

七、組織工程化牙周組織的研究牙周組織再生的關(guān)鍵取決于牙周膜細(xì)胞。復(fù)雜的細(xì)胞群，包括成纖維細(xì)胞、成牙骨質(zhì)細(xì)胞、成骨細(xì)胞和未分化的間充質(zhì)細(xì)胞等?？煞只癁槌晒羌?xì)胞、成牙骨質(zhì)細(xì)胞。

八、組織工程化心臟瓣膜的研究

組織工程心臟瓣膜是構(gòu)建出一種具有細(xì)胞活性的新型瓣膜。構(gòu)筑一個(gè)可植入細(xì)胞并供細(xì)胞生長(zhǎng)的，具有心臟瓣膜三維形狀的聚合物纖維支架。種子細(xì)胞目前尚無(wú)定論

九、泌尿系統(tǒng)的組織工程研究在腎臟組織、輸尿管、尿道、膀胱以及陰莖再造方面

距離廣泛的臨床應(yīng)用仍有很大的差距，并且對(duì)一些復(fù)雜器官，如腎臟替代研究仍有很長(zhǎng)的路要走。十、其他領(lǐng)域的組織工程研究

在人工角膜、組織工程脂肪組織、組織工程肝臟、組織工程胰腺等幾乎所有的人體組織器官方面，都取得了一定的成績(jī)。第四節(jié)

組織工程學(xué)研究展望一、組織工程領(lǐng)域當(dāng)前急待解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

1．生物學(xué)挑戰(zhàn)：細(xì)胞和細(xì)胞源

2．工程化挑戰(zhàn)(1)微循環(huán)血管(2)支架(3)生物材料(4)組織結(jié)構(gòu)

3．組織工程模式系統(tǒng)動(dòng)物模型制備與體外生理模型的設(shè)計(jì)。

二、組織工程研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化組織工程是一門(mén)多學(xué)科交叉的邊緣學(xué)科，將是21世紀(jì)具有巨大潛力的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，必將產(chǎn)生巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。組織工程正成為醫(yī)學(xué)科學(xué)中欣欣向榮的新領(lǐng)域。

已獲得美國(guó)FDA認(rèn)證的組織工程產(chǎn)品只有皮膚和軟骨，并且開(kāi)始獲