组织工程及其在医学中的应用课件

组织工程及其在医学中的应用TissueEngineeringanditsApplicationsin

Medicine小耳畸形人耳

鼠鼠背上如何长出人耳的？制备流程图组织工程的概念根据细胞生物学和工程学的原理,用正常具有特定生物学活性的细胞与生物材料相结合,在体外或体内构建组织、器官或其生物性替代物,以维持、修复、再生或改善损伤组织和器官功能。组织工程学的建立创始人冯元桢

(Feng

Yuan-Cheng)组织工程学的建立创始人Vacanti

JPLanVgaecraRnStiCA组织工程学的兴起1987年，美国国家科学基金委员会正式提出“组织工程”一词并建立该学科。1994年，上海市科委将组织工程研究作为重点资助方向,组织工程重大研究项目正式立项。1997年,组织工程课题在NSFC正式立项,同年上海成立我国第一个组织工程实验室—上海组织工程研究重点实验室。1999年,国家“973”重点基础研究计划正式将“组织工程的基本科学问题”研究课题立项。2002年,国家“863”高技术研究发展计划对组织工程的应用研究与产品开发进行资助。组织工程学的发展（国内）组织工程学根据细胞生物学和工程学的原理,用正常具有特定生物学活性的细胞与生物材料相结合,在体外或体内构建组织、器官或其生物性替代物,以维持、修复、再生或改善损伤组织和器官功能的一门学科

交叉学科：分子生物学、免疫学、材料学、力学等

研究核心（重要组成部分）：种子细胞、生物材料、构建环境组织工程的研究核心生物材料生物材料应具有的性质：良好的生物相容性和生物降解性、三维多孔立体结构、可加工性和一定的机械强度、良好的材料-细胞界面、良好的消毒性能分类：天然材料：胶原、糖胺聚糖、甲壳素、海藻酸盐、蚕丝等人工合成材料：聚乳酸（PLA）、聚羟基乙酸（PGA）等组织工程的研究核心来源种子细胞组织来源的细胞胚胎干细胞干细胞成体干细胞组织工程的研究核心—种子细胞组织来源的细胞优点：构建出的组织在形态、结构和功能上与正常组织比较接近缺点：体外培养易老化、不易扩增，会造成供区部位的组织缺损和功能障碍肌腱软骨肌腱组织工程种子细胞肌腱细胞优点：构建的组织工程肌腱与正常肌腱更相似体外6周体内14周正常肌腱大体观组织学肌腱组织工程种子细胞肌腱细胞缺点：体外培养易老化、表型和功能易丧失。细胞形态（100X）colⅠ（RT-

PCR）colⅠ（Western）P0P4肌腱细胞-改进方法添加生长因子IGF-1、BMPs、bFGF、platelet

richplasma

(PRP)施加力学刺激：周期性拉力其它：高密度培养、microgroove正常肌腱组织形态

-HE染色超微结构

-TEM肌腱细胞-改进方法microgrooveZhuJ,etal.Biomaterials.

2010(31)肌腱细胞-改进方法低氧培养21%

O22%

O2不同代次肌腱细胞生长曲线P0P4P8肌腱组织工程种子细胞真皮成纤维细胞优点：取材容易、扩增速度较快、与肌腱细胞在形态和功能上有一定的相似性。LiuW,etal.TissueEng.2006,

12(4)组织工程的研究核心—种子细胞胚胎干细胞优点：全能性缺点：安全性？伦理性？ES全能性ES在组织工程中的应用-治疗性克隆治疗性克隆生殖性克隆YES!NO

!组织工程的研究核心—种子细胞成体干细胞优点：获取相对容易；源于患者自身的成体干细胞避免了移植排斥反应和使用免疫抑制剂；理论上，成体干细胞致瘤风险低，而且所受伦理学争议较少；具有多向分化潜能。缺点：肌腱组织工程-种子细胞MSC、ADSC优点：取材容易、扩增速度较快、分化潜能大。MSCsChenJL,etal.Biomaterials.

2010(31)ADSCsUysalAC,etal.MethodsMolBiol.

2011;702组织工程的研究核心—种子细胞全民偶像-iPSinduced

pluripotent

stemcell,

诱导性多能干细胞ShinyaYamanaka

山中伸弥组织工程的研究核心-构建环境体内构建：体外构建：体外+体内构建：组织工程化组织构建环境体内构建：种子细胞与材料复合后，组织尚未完全形成成熟时即植入体内，组织形成与材料降解在体内完成优点：利于体内周围组织液与营养物质的渗入，利于血管的长入缺点：因ECM较少，细胞直接暴露于周围环境，抗感染能力差，因此对植入部位创面要求较高组织工程化组织构建环境体外构建：在体外模拟体内环境，用生物反应器形成组织和器官优点：极大丰富了组织构建的方法与内容，使体外构建具有特定形状、结构和功能的组织工程化组织成为可能缺点：缺乏血供，植入体内后易发生因缺血缺氧而导致的种子细胞死亡体外静态构建肌腱6周-无拉力6周-有拉力正常肌腱体外构建肌腱牵拉-皮肤成纤维细胞静态构建体外静态+动态构建肌腱体外构建软骨体外+体内构建组织工程化组织构建环境伸肌腱复合体支架材料的设计体外培养7天的细胞-材料复合物WangB,etal.Biomaterials.

2008（29）体外培养6周体外培养12周单纯PGA体外培养12周单纯皮下埋藏体内力学改建植入14周植入14周植入14周植入14周伸肌腱复合体的大体观体外12周单纯埋藏力学改建HE染色PLMTEM-纵TEM-横胶原原纤维直径最大负荷刚度组织工程在医学中的应用临床治疗：2006年，wake

forest大学医学院再生医学研究所Atala领导的美国科学家小组报告了第一项关于组织工程膀胱人类临床试验结果:

7例伴发膀胱功能异常的脊髓脊膜膨出患者在植入自体细胞来源的组织工程膀胱后,经过最长超过5年、最短也近2年的随访,膀胱功能仍获得持续改善组织工程在医学中的应用临床治疗：2011年，Atala领导的小组又报告了组织工程尿道临床试验结果组织工程在医学中的应用组织工程尿道临床试验结果组织工程在医学中的应用临床治疗：气管移植手术组织工程在医学中的应用临床治疗：气管移植手术组织工程在医学中的应用产业化商品

皮肤（20世纪80年代起）：Integra、Dermagraft、Apligraf、安体肤等Integra（2002年）:

牛胶原为主要成分的真皮替代物，由双层膜组成胶原与硫酸软骨素交联而成，其适当大小的孔径有利于纤维血管长入表层为硅胶弹性膜，起暂时代替表皮的功能组织工程在医学中的应用Dermagraft（2001年）:新生儿包皮成纤维细胞+PLA/PGA↓培养14-17天成纤维细胞大量增殖并分泌胶原、纤维黏连蛋白、蛋白聚糖、生长因子等↓形成由成纤维细胞、ECM和可降解生物材料构成的人工真皮组织工程在医学中的应用Apligraf（1998年）：表皮层和真皮层双层结构44cm2也有缺点哦：创面感染率高、收缩率高、免疫排斥反应、价格昂贵！apligraf_Manufacturing组织工程在医学中的应用安体肤：2007年底问世，具有完全自主知识产权的我国首个组织工程产品组织工程在医学中的应用安体肤治疗效果组织工程在医学中的应用产业化商品

软骨：自体软骨细胞移植治疗透明软骨损伤（1994年报道）Carticel

(1997年FDA批准临床应用)

-ACI（第一代）MACI（第二代）：软骨细胞+胶原膜自体软骨细胞移植术率先在浙江实现临床应用（2010年）组织工程在医学中的应用产业化商品

软骨：第二代组织工程软骨修复技术产业化商品

软骨：第三代组织工程软骨修复技术组织工程