第二章第三节组织工程

第二章第三节组织工程第一页，共三十八页，2022年，8月28日桑兰第二页，共三十八页，2022年，8月28日桑兰1998年在纽约市长岛举办的友好运动会上不幸因脊髓严重挫伤而造成瘫痪。第五-七颈椎呈开放性、粉粹性骨折，75%错位，中枢神经严重损伤，双手和胸以下失去知觉。第三页，共三十八页，2022年，8月28日第四页，共三十八页，2022年，8月28日霍金（英国

）被认为是继爱因斯坦之后最杰出的理论物理学家。撰写于1988年的《时间简史》，迄今被译成30多种语言，在全世界发行超过2500万册。２０岁时患有卢伽雷氏症（肌萎缩性侧索硬化症，运动神经元疾病），他已被禁锢于轮椅达20多年，全身惟一能动的是左手的3根手指和部分面部肌肉。他的科普名著《时间简史》和《果壳中的宇宙》第五页，共三十八页，2022年，8月28日损伤的组织或器官还能够被修复吗？？？●自体移植:●异体移植:

●组织代用品：传统办法第六页，共三十八页，2022年，8月28日目前国内外器官严重短缺第七页，共三十八页，2022年，8月28日解决器官严重短缺的方法

自体和异体移植人造器官组织工程异种移植第八页，共三十八页，2022年，8月28日一、组织工程的概念●将人体某部分的组织细胞种植和吸附在一种生物材料的支架上进行人工培养繁殖,扩增,分化，●然后移植到人体内所需要的部位,从而达到器官修复或再造的治疗目的的一种技术.第九页，共三十八页，2022年，8月28日生物支架第十页，共三十八页，2022年，8月28日组织工程的核心问题是：应用生命科学和工程技术的原理和方法，在细胞的体外培养过程中，诱导干细胞定向分化，维持、调控乃至优化这种分化，从而形成具有和机体组织相似功能的组织或器官。第十一页，共三十八页，2022年，8月28日二组织工程的关键技术:

1、组织构成细胞的培养

▲生物组织是由细胞构成。首先要求获取所要培养组织的种子细胞。▲细胞可来源于自体细胞或异体细胞，但是受到种类、数量、时间等限制。▲其它方式获取细胞：胚胎干细胞、成体干细胞等第十二页，共三十八页，2022年，8月28日2、生物材料及构架制备

◆为了形成具有三维结构的组织，必须提供一个生物支架，◆支架选择的聚合体必须有足够的弹性，提供细胞生长一个类似生命体的力学环境，◆有充分多的孔隙允许培养液浸润生长的组织，传输营养物质和清除细胞代谢废物，第十三页，共三十八页，2022年，8月28日细胞在生物支架中第十四页，共三十八页，2022年，8月28日◆生物材料随着组织的生长能够自我降解，◆但是降解速度不能太快，要有足够的时间保证细胞长进去，及时填补聚合体溶解留下的空隙。◆常用的生物材料有：蛋白质支架、多糖支架、聚羟基乙酸、聚乳酸类等生物材料。

第十五页，共三十八页，2022年，8月28日生物材料支架特点1生物相容性好2可以生物降解第十六页，共三十八页，2022年，8月28日多聚乳酸生物支架第十七页，共三十八页，2022年，8月28日壳聚糖生物支架第十八页，共三十八页，2022年，8月28日组织工程的三个支柱：细胞繁殖和分化生物支架种子细胞生物分子第十九页，共三十八页，2022年，8月28日多种哺乳动物的几乎所有器官的不同组织，包括皮肤、骨骼肌肉系统、消化系统、泌尿系统、心脏血管系统、血液系统、神经系统、角膜和内分泌腺等。组织工程的研究涉及：三组织工程应用第二十页，共三十八页，2022年，8月28日1996年，世界上第一个在裸鼠背上复制“人耳”形成了人耳廓形态软骨的试验由曹谊林教授完成,曹教授因而获得了1998年度国际整形外科界JamesBarrettBrown奖。(一)耳组织工程第二十一页，共三十八页，2022年，8月28日这只“人耳鼠”的产生方法是在老鼠的背上割开一道口子，然后将已经培养好的“人耳”植入后缝合。“人耳”是在植入之前一星期开始制备的，先用一种高分子化学材料——聚羟基乙酸做成“人耳”的模型支架．然后让老鼠细胞在这个支架上繁殖生长。支架降解消失后，“人耳”便与老鼠浑然成为一体。

第二十二页，共三十八页，2022年，8月28日(二)骨组织工程：第二十三页，共三十八页，2022年，8月28日第二十四页，共三十八页，2022年，8月28日2001年10月，一只小狗在出生仅7天就撞破了脑袋。曹谊林教授从小狗身上抽取了5毫升骨髓，然后在骨髓中分离出骨髓基质干细胞，经过诱导分化，得到骨的“单元”成骨细胞。——种子细胞来源曹谊林教授借用猪骨搭出框架，让小狗的成骨细胞“攀附”其上，随着成骨细胞的逐渐生长，猪骨逐渐被吸收，长成了狗头盖骨的形状。——生物支架构建和骨细胞生长例1:曹谊林第二十五页，共三十八页，2022年，8月28日小狗撞破的脑袋小狗长好的头盖骨第二十六页，共三十八页，2022年，8月28日由于人造狗头骨的原材料取自小狗自身，因此装上“补丁”的小狗全无排异反应，经过3个月的生长愈合，狗的颅骨缺损部分被完全修复了。这块复制的2平方厘米见方的狗颅骨，其硬度完全达到了小狗的生理标准。这是中国科学家首次为高等哺乳动物再造并成功移植的体外骨组织，修复面之大为世界之最。续:骨组织工程第二十七页，共三十八页，2022年，8月28日曹谊林第二十八页，共三十八页，2022年，8月28日一场车祸造成一男孩颅骨粉碎性骨折，经过抢救，虽然保住了生命，但孩子的头部却留下巴掌大的颅骨缺损：额头明显凹下一块，甚至可以看到薄薄的一层皮肤下内部的脑组织。颅骨缺损的治疗可采用自体骨移植，如取肋骨移植，如同“拆东墙补西墙”。这对于任何人来说都是一个不小的创伤。例2:曹谊林-骨组织工程第二十九页，共三十八页，2022年，8月28日另外一种方法是，采用人工材料如钛合金等进行修补，但这些材料与人体正常的骨组织是截然不同的，有可能发生排异反应，造成手术失败。最重要的是其毫无生命力，在体内只能作为填充物，无法有正常的生理功能。特别对儿童患者，人工材料不会随着正常骨组织一起发育。新的组织工程治疗，只用5ml的骨髓，利用自体的细胞形成新骨，达到真正意义上的生理修复。”第三十页，共三十八页，2022年，8月28日(三)细胞体外培养再造膀胱第三十一页，共三十八页，2022年，8月28日例1、哈佛医学院----组织工程培养猎犬膀胱

首先，从猎犬膀胱的外表面获取平滑肌细胞，在膀胱内表面获取尿上皮细胞，在体外培养;其次，应用多分支的、多孔渗水的聚羟基乙酸聚合体，塑造了一个膀胱形状的生物支架，第三步，将尿上皮细胞加到聚合体内表面，平滑肌细胞加到外表面，然后进行无菌培养获得新膀胱。

通过外科手术，用新生长成的膀胱分别替代6只小猎犬的正常膀胱。

小猎犬的机体开始用自身的血管供应新膀胱，新膀胱和正常的膀胱一样能容纳尿液，并维持正常的膀胱形态，甚至还接受机体神经支配。第三十二页，共三十八页，2022年，8月28日据《新科学家》杂志网络版2006年4月4日报道，美国北卡罗莱纳州维克大学医学院的安东尼·阿塔拉和其同事将取自病人本身细胞并在实验室研制成的膀胱移植到病人的体内，首次临床试验就获得了成功。这是第一次体外培养并移植复杂的人体组织器官。

例2膀胱组织工程第三十三页，共三十八页，2022年，8月28日他们将肌细胞以及膀胱细胞放入生物可分解的类似膀胱状的生物支架内，生长大约两个月的时间。生物支架是由结构蛋白、胶原组织合成，某些情况下还含有多聚羟基乙酸。研究人员通过精细的手术将这种新膀胱移植入病人体内，对7位年龄在4～19岁之间的病人进行了持续大约4年的追踪观察。结果发现，移植膀胱后，这些病人对排尿的控制能力增强．续:膀胱组织工程第三十四页，共三十八页，2022年，8月28日(四)心脏组织工程中新网2006年6月8日电澳洲科学家昨天称，实验室研究员已培植出跳动的心脏组织。据香港大公报报道，过去，科学家只能在实验室培植出平面的器官组织，例如皮肤，但莫里森称他们已能培植立体的组织，还有望能培植出整个器官。莫里森第三十五页，共三十八页，2022年，8月28日他们通过显微外科手术把一根血管植入一个特殊设计的心室里，然后把干细胞放进去，过段时间它们就长成各种组织。该研究机构已用这种技术成功地培育出乳房组织、脂肪、肌肉以及产生胰岛素的胰腺组织。

莫里森向记者播放了一段他的研究小组培育的心脏组织的录像。他说：“这些心脏细胞实际上正按照它们自己的节奏跳动着。”第三十六页，共三十八页，2022年，8月28日(五)皮肤组织工程

第一个组织工程产品人工皮肤已于1997年3月经美国FDA批准上市。这种产品被称为“适移植”的活性皮肤，它由新生儿的包皮细胞培植而成，呈层状结构，与正常人的皮肤极为相似，能分泌人体皮肤胶原