组织工程学(新)

组织工程学原理与技术

byXiMaoDepartmentofHistologyandEmbryologyMedicalSchool,SoutheastUniversity

PrinciplesandProtocolsofTissueEngineering

第一章

组织工程学研究概况第一节

组织工程学的概念与发展一、组织工程学的发展

从重建外科学组织工程学脏器“绝对缺乏”以及所提供脏器的安全性得不到保障发展的必然性寻找新的治疗途径:要求良好的功能及完美的外形提供有利条件：完善的细胞培养技术和可控降解的高分子材料的出现提供了新的研究方法：基因工程技术、免疫隔离技术等为改造细胞提供了新方法；巨大的市场需求：为组织工程学发展注入了动力

二、组织工程学基本概念组织工程学是一门应用工程学与生命科学原理相结合的边缘学科，是材料学、工程学和生命科学共同发展并相互融合的产物，是组织培养、材料科学和移植术领域进展的必然结果，是研究开发能够修复、维持或改善损伤组织功能的生物替代物的一门学科。目的是构建组织器官的生物替代品，用来维持、修复以及促进缺损组织器官功能的恢复需要解决的问题是如何维持构建器官所需的数目巨大的细胞，以及构建含有多种细胞的组织器官三、组织工程学的基本原理在活体上取得并分离细胞后培养将体外培养的高浓度的功能相关的活细胞种植于天然或人工合成的细胞外基质上经过一定时间的培养，形成具有一定外形、结构和功能的组织或器官。第二节

组织工程学的研究内容①细胞的培养和生长的研究；②细胞外基质替代物的研究；③组织工程化组织在各种病损组织中的替代研究。

一、种子细胞与干细胞在组织工程研究中的应用前景

细胞的可靠来源与应用①动物细胞的安全性是因为免疫系统对其排斥②胚胎干细胞的安全性是因为其的全能性分化③成体干细胞：造血干细胞、神经嵴细胞、骨髓间充质干细胞种子细胞的研究内容包括：自体、异体、异种各种组织细胞的分离培养技术细胞生物学行为的研究多种细胞的复合培养技术；细胞因子的有序作用、信息传递及其调控；建立实验标准细胞系，改造种子细胞，延长细胞寿命及生存期改变细胞表面结构，研究细胞粘附及抗粘附力的技术及其影响机制；研究降低细胞抗原性及增强宿主免疫耐受的方法二、生物支架材料是组织工程研究的关键理想的组织工程细胞外基质材料的要求①良好的生物相容性②良好的生物降解性③具有三维立体多孔结构④可塑性和一定的机械强度⑤良好的材料一细胞界面。

第三节

组织工程学的研究概况一、组织工程化皮肤的研究传统治疗方法：①自体断层皮点状植皮；②采用新鲜或者冻存同种尸体供皮；人工皮肤：在美国率先应用于临床：①人工皮片②人工真皮替代物③人工复合全层皮肤。二、组织工程化外周神经的研究断端吻合、自体神经移植或神经桥接等方法修复后的神经一般都发生损伤处轴突及髓鞘向近远中向的溃变、神经元胞体肿胀和可逆性溃变，直接影响所涉及到的功能施万细胞是周围神经组织工程的核心骨髓间充质干细胞(BMSC)

与神经干细胞等多种细胞用于组织工程化外周神经的研制良好的生物材料是周围神经组织工程的支架。三、组织工程化软骨的研究软骨种子细胞的获得途径：①体内获得的软骨细胞进行培养增殖；②诱导培养的胚胎干细胞分化成软骨细胞；③永生化软骨细胞。④诱导BMSC分化为软骨细胞。构建的细胞支架复合物在生化组成和组织结构上与正常关节软骨相似，但其胶原和糖胺多糖的含量没有达到正常软骨的水平。

四、组织工程化骨的研究1．种子细胞：（1）骨外膜：骨原细胞（2）胚胎与新生动物骨及人胚胎骨经培养得到的成纤维细胞样细胞（3）骨髓基质细胞可分化为成纤维细胞系、网状细胞系、成脂肪细胞系、成骨细胞系等。2．细胞载体支架①良好的生物相容性和生物降解性；②具有骨诱导性和骨传导性；③具有一定强度；④易于塑形；⑤具有负荷最大量细胞的高渗透性；⑥支持骨细胞生长和功能分化；⑦可与其他活性分子复合；⑧易于消毒。基质材料主要：有机高分子材料，无机材料。

3．骨组织构建促进组织工程骨血管化：（1）血管束植入技术

(2)筋膜瓣包裹术

(3)组织工程化预构骨瓣

(4)生长因子掺入

五、组织工程化肌腱的研究肌腱种子细胞主要来源：①肌腱组织；②间充质干细胞和脂肪基质干细胞的诱导分化。

随支架力学性能逐渐丧失，肌腱细胞按应力方向生长并分泌胶原,形成线状排列的肌腱组织。

六、组织工程化牙体、牙髓的研究

七、组织工程化牙周组织的研究牙周组织再生的关键取决于牙周膜细胞。复杂的细胞群，包括成纤维细胞、成牙骨质细胞、成骨细胞和未分化的间充质细胞等。可分化为成骨细胞、成牙骨质细胞。

八、组织工程化心脏瓣膜的研究

组织工程心脏瓣膜是构建出一种具有细胞活性的新型瓣膜。构筑一个可植入细胞并供细胞生长的，具有心脏瓣膜三维形状的聚合物纤维支架。种子细胞目前尚无定论

九、泌尿系统的组织工程研究在肾脏组织、输尿管、尿道、膀胱以及阴茎再造方面

距离广泛的临床应用仍有很大的差距，并且对一些复杂器官，如肾脏替代研究仍有很长的路要走。十、其他领域的组织工程研究

在人工角膜、组织工程脂肪组织、组织工程肝脏、组织工程胰腺等几乎所有的人体组织器官方面，都取得了一定的成绩。第四节

组织工程学研究展望一、组织工程领域当前急待解决的关键技术问题

1．生物学挑战：细胞和细胞源

2．工程化挑战(1)微循环血管(2)支架(3)生物材料(4)组织结构

3．组织工程模式系统动物模型制备与体外生理模型的设计。

二、组织工程研发与产业化组织工程是一门多学科交叉的边缘学科，将是21世纪具有巨大潜力的高技术产业，必将产生巨大的社会和经济效益。组织工程正成为医学科学中欣欣向荣的新领域。

已获得美国FDA认证的组织工程产品只有皮肤和软骨，并且开始获