免疫组织化学及相关技术之组织工程

实验中的组织工程耳组织工程

TissueEngineering组织工程的发展背景移植器官来源严重缺乏

1980’sJosephVacanti

及RobertLanger结合医学及工程材料背景，研发能修复人体病变组织与器官之治疗方式

1990年举办第一届组织工程学术研讨会，1995年发行专业期刊

TissueEngineering

人造组织目前发展方向：皮肤、神经、肌肉骨骼系统(骨,软骨,肌肉)、心血管系统(血管,心瓣膜)、内分泌器官(肝,胰,肾...)第五章组织工程TissueEngineering基本概念：应用生命科学和工程学的原则和方法，研究、开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后功能和形态的生物替代物的一门新兴科学。它是在分子生物学、细胞生物学、大规模细胞扩增技术、新型医学材料、体外组织构建技术、移植免疫学、临床医学等学科迅速发展以后创建的边缘学科。组织工程三要素①种子细胞②具有生物活性（可降解）的三维支架材料③各种细胞因子以促进细胞移行、增殖、分化和有序排列。基本技术方法：是将获得的种子细胞进行分离纯化、培养增殖，诱导分化，或经适当的基因修饰后，接种在可降解的三维支架材料上于体外联合培养，构建成具有三维有序结构、其各种特性与相应组织相容的活的组织块，然后植入体内，替代病损组织器官的部分或全部功能。组织工程研究目标是以最短的时间，使组织、器官的损伤得到最佳的修复，即完全再生性愈合。组织工程三要素组织工程基本技术方法A获取组织B分离、培养种子细胞C制备三维支架D将种子细胞种植于支架E将细胞-支架复合物植入组织缺损处组织工程基本方法示意图路线一：功能细胞+支架材料→体外培养→成熟生物组织→植入体内路线二：功能细胞+支架材料→体外短期培养→植入体内，逐渐发育成形组织工程路线图①掌握细胞在体内生长和体外培养状态下的形态、功能、增殖的规律；②探索并掌握细胞的分离培养、传代技术、生长调控及建立标准种子细胞的方法。组织工程三要素1．种子细胞的研究：组织工程研究的核心内容1．种子细胞的研究：组织工程三要素理想种子细胞的要求来源广，数量充足容易培养，粘附力大，增殖能力强，可大量扩增遗传背景稳定，纯度高。具备特定生物学功能免疫排斥反应极小或无反应结构和功能与再生组织的正常细胞相似临床上易取得，供体损伤小，具有实用性组织工程研究的核心内容组织工程三要素1．种子细胞的研究：来源异种：动物细胞同种异体：其他人细胞自体：体细胞、成体干细胞、胚胎干细胞成体干细胞胚胎干细胞“小保方晴子”事件2．组织工程支架材料的研究生物活性材料的设计是工程化地构建与细胞外基质相类似的支架材料，使其分子构成能满足种子细胞在理化性质上的要求以及组织的生理学要求。组织工程三要素2．组织工程支架材料的研究理想的组织工程细胞外基质材料：①良好的生物组织相容性。②良好的生物降解性。③具有理想三维立体孔隙和渗透性。④具有可塑性和一定的机械强度。⑤具有良好的材料——细胞界面。组织工程三要素聚合物材料：聚乳酸、聚乙醇酸及二者共聚物陶瓷材料：羟基磷灰石、磷酸钙水泥、生物玻璃天然材料：胶原、透明质酸、甲壳素、珊瑚复合材料：磷酸钙+聚乳酸；纳米材料脱细胞材料：骨、肌腱、真皮、膀胱、软骨支架材料scaffordmaterial支架材料scaffordmaterial组织工程三要素3．生长调节因子的研究:

研究不同生长因子对不同来源的种子细胞移行、增殖、分化和有序排列及其与生物活性材料相容生长是一个复杂而极具挑战的工作。BMP促进成骨VEGF、PDGF促进血管化IGF、bFGF促进分化NGF促进神经再生

RA胚胎干细胞－－－－－－－－－－神经细胞

DMSO胚胎干细胞－－－－－－－－－－肌肉细胞

TGF-B1,VEGF,bFGF胚胎干细胞－－－－－－－－－－血管和内皮细胞

RA+胰岛素+T3胚胎干细胞－－－－－－－－－－脂肪细胞

BMP-2,BMP-4胚胎干细胞－－－－－－－－－－软骨细胞

地塞米松，磷酸甘油胚胎干细胞－－－－－－－－－－骨细胞

bFGF,烟酰胺胚胎干细胞－－－－－－－－－－胰岛样细胞胚胎干细胞的体外定向诱导分化因子以材料工程的眼光，除了以上三种基本要素外，以下

三个课题是研究开始进行时所必须考量的：

如何更精确的控制组织生长支架的降解与支撑强度间之关系?(2)如何导引细胞向支架内部及顶端生长?(3)如何增进细胞的生长效率?组织工程第四要素解决方案：

以非均质性之支架结构，控制不同时期的降解速率。(2)以超音波或电磁场等物理源，配合支架中添加细胞粘附蛋白，促进细胞增生及导引细胞生长方向。(3)以循环之生物反应器(bioreactor)系统做为组织工

程培养系统。组织工程第四要素TEXT

“墨汁”

不同类型的人体活细胞悬浮液TEXT

“纸张”水凝胶（富含糖类和其他营养物质，能够给生长中的细胞提供营养，且容易去除）TEXT“文章稿件”具备正常功能的人体器官3D打印机的喷头不仅能在平面上移动，还能垂直移动。它的打印过程像是将一层层剖面图叠加在一起，最后制造出一个立体的结构。3D打印机三维生物打印机的原型机，技术人员正在试验打印程序一、计算机辅助设计出该器官的结构蓝图二、将所需细胞精确“打印”到位三、后期处理促进细胞融合和器官成熟技术步骤打印机有两个喷头，一个喷涂细胞（黄色），另一个喷涂水溶胶（红色）以支持和固定细胞，待细胞结构稳固后可以将水溶胶移除打印机的喷头及其作用器官打印的过程肢体脏器量贩店给我来只胃！二、组织工程研究的展望1.主要问题：①体内再生过程中关键调控因子及调控原理？②细胞在体外三维生长、和正常表达的调控因素及调控原理。③细胞与细胞外基质的相互作用机理与过程？④如何培养、扩增种子细胞，以满足组织工程的需要。⑤干细胞获得、扩增及细胞特异分化的活性因子。⑥构建多孔有效的高分子支架材料，⑦对具有特异作用的细胞活性因子进行基因构建和改造⑧体外控制细胞力学微环境，调节细胞的生物学行为。2．组织工程的未来: