组织工程的文献综述

1、组织工程的文献综述 课程论文 姓 名：成旭 学 号：20134482学院 (系)：天津理工大学 专 业：材料科学与工程班 级：一班 任课教师：陈民芳 组织工程的文献综述前言 组织工程（tissue engineering），是一门以细胞生物学和材料科学相结合，进行体外或体内构建组织或器官的新兴学科。组织工程是基于对现代医学, 尤其是细胞生物学原理再认识基础上, 充分利用现代生物材料, 结合生物工程及信息技术发展起来的新兴交叉学科。它是通过对正常和病理状态下哺乳类动物的组织结构与功能关系的基本理解, 利用活细胞种植在生物支架或细胞外基质上, 辅助各种调节因子, 模拟具有一定结构和功能的组织、器官

2、来恢复、保持或改善机体功能。1其研究范围涉及到生命科学, 目的是为了满足现代治疗医学的新要求组织工程则是将活体细胞与生物材料相合研制出费用低廉的人工组织和器官, 它可重复制作,直至商品化。当前组织工程研究仍处于初级阶段，还仅仅是初步应用组织工程技术修复临床简单组织缺损，还有许多制约组织工程应用与发展的基本科学问题没有阐明。随着组织工程各个层面技术难题的逐个攻破，组织工程的内涵和外延将不断拓展，并有助于加快组织工程的产业化进程，促进临床应用。针对组织工程核心要素研究的不足，结合最新的组织工程研究进展，阐述了现代组织工程发展的趋势与前景。正文 1987 年，美国麻省理工学院的化学工程师Langer

3、和美国马萨诸塞州立大学医院临床医师Vacanti 较为系统地提出了组织工程( tissue engineering) 的概念，其含义为联合使用细胞、支架材料和生物活性因子以促进组织修复和再生方面的研究。2迄今组织工程学虽然仅有二十多年历史，但由于其重大的科学意义、诱人的临床应用前景、巨大的商业价值，使世界各国科学家、企业家、政府官员都非常重视，成为再生医学的热门研究领域。一组织工程的构成1. 1 种子细胞种子细胞的来源、数量和质量目前依然是困扰组织工程发展的重要因素。组织工程的种子细胞可以来自自体、同种异体、或异种组织，也可以来自胚胎干细胞、成体干细胞、细胞系或转基因细胞系。1. 2 支架材料

4、支架材料作为人工细胞外基质是组织工程研究的重要内容，它在体内组织再生过程中发挥的作用包括:在结构上加强缺损部位的强度; 阻碍周围组织长入; 作为体外接种的细胞在体内扩增和增殖的支架; 利用与细胞整合素以及受体的相互作用，作为一种可能的细胞功能调节因子; 作为细胞、生长因子和基因的生物载体。作为种子细胞的生物学载体，理想的支架材料应具如下特征：良好的生物相容性。适中的生物降解性。具有诱导或引导组织再生的能力。具有一定的生物力学强度与可塑形性。无毒性与无免疫原性。具有合适的孔径，利于细胞黏附生长等特点。3 1. 3 组织工程生物反应器组织工程生物反应器是安装了将营养物、气体( 如O2、CO2) 和

5、代谢废物控制在适当水平的搅拌器和传感器的培养室，可在体外大量培养细胞，生产细胞产品或用于细胞本身扩增。1. 4 复杂器官的构建从组织器官构建方式讲，组织工程可分为组织替代工程和组织再生工程。组织替代工程是由异体或异种细胞与免疫隔离膜一起来构建一种功能性组织器官，用以替代患者受损或缺失的组织器官。 1. 5 工程化组织器官的植入工程化组织器官植入患者体内后，早期只能从组织液中获取营养。有学者提出如下公式: S = RL2 /DCo( R 为细胞代谢率，Co 为营养物浓度，D 为营养液扩散速率，L 为营养物质扩散到达细胞的距离) 。如果渗出液中营养物质浓度、扩散速率及细胞代谢率不变，营养物质扩散的

6、距离就成为细胞的生命线( S) 。为使细胞获得更好的营养，必须使植入体紧密接触受体部位，理论上其距离应在100 m 之内。二组织工程应用现状2.1骨组织工程1.种子细胞是组织工程研究中最基本的环节。其核心问题在于如何获取适合临床应用需要的种子细胞。干细胞主要包括骨髓来源的基质细胞、骨外组织来源的间充质干细胞以及早期胚胎来源的干细胞。2.种子细胞的体外大规模扩增，从社会因素、经济因素和病人因素等多方面考虑，组织工程骨的构建和应用应在尽量短的时间内进行，因此就需要在体外短期内获得充足的种子细胞，这也是组织工程骨产品产业化的关键性制约因素，显然目前所应用的常规二维培养系统尚无法满足需要。3.微载体技

7、术和旋转式生物反应器系统的应用为此问题提供了有效的解决方案。4.新型仿生化、智能化生物材料的制备和应用目前对骨组织工程研究中应用的生物材料基本要求和特征已基本确立：(1.良好的生物相容性和生物降解性 2.骨诱导性和骨传导性3.一定的机械强度4.易于塑形性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的表面化学性质与微结构7.可与其它活性分子如骨形态发生蛋白（BMP）、转移生长因子复合共同诱导骨的发生8.易消毒性。) 4对于骨组织工程细胞外基质材料的研究不能仅从材料科学的角度，更重要的是从生命科学的角度进行探讨。为达到这一目的，目前研究的热点问题集中在生物材料的新型制备技术、生物材

8、料的优化设计等方面，这几个方面的研究是相辅相成的，互有渗透的。 组织工程骨的构建和应用实验研究1.血管化组织工程骨的构建与应用.现行的组织工程骨构建方法多仅使用单纯成骨细胞接种，使之虽然能够成骨，但无论从形成新生骨组织的数量还是质量上来讲均不能满足临床修复大范围、长段骨缺损的需要。因此如何在构建组织工程化骨组织的同时，促进小血管的长入以及细胞与材料复合物内血供的重建就成为骨组织工程由基础向临床应用的关键性环节。同时这不仅是骨组织临床应用所面临的主要问题，也是大多数组织工程化组织与器官（如肌腱、肌肉、皮肤等）所必须面临的共同问题。2.神经化组织工程骨的同步构建与应用.由于正常骨组织中神经的分布和

9、作用方式仍不明确，所以目前虽然进行了周围神经组织工程的研究工作，但尚无组织工程化新生骨组织中神经支配的重建研究报道.3.灵长类动物体内组织工程骨的构建与应用.而灵长类动物的应用是骨组织工程从实验室走向临床的重要保证，是必须进行的重要研究内容之一。但目前在灵长类动物体内进行骨组织工程的研究极少，Ripamonti等在狒狒体内羟基磷灰石复合重组人骨形成蛋白P . 能诱导体内骨形成。进一步在狒狒体内以胶质骨为体， 添加骨形成蛋白P,BMP2植入磨牙缺损观察对牙周组织再生的影响。 骨组织工程的临床应用骨组织工程的临床应用尚处于起步阶段，研究报道不多。目前已有许多单位开展了人骨髓基质干细胞培养的基础研究

10、，个别单位率先在临床开展了实验性的工作。柴岗5等利用自体骨髓基质干细胞与部分脱钙骨复合构建组织工程后，用于修复11例颅颌面骨缺损，最大骨缺损面积为6cm，术后1 -2 年随访表明组织工程骨稳定存在，无明显骨吸收，临床治疗效果稳定。杨志明6等应用自体骨髓基质干细胞、同种异体骨膜来源的成骨细胞复合同种异体骨在人体内构建组织工程骨，并对52例病人多个部位的骨缺损、骨不愈合进行了修复。经10-28个月随访,初步证实：1.组织工程骨具有良好的成骨能力和修复效果；2.采用同种异体来源的成骨细胞未发现明显组织排斥反应及其它并发症。2.2皮肤组织工程组织工程皮肤是指由细胞或细胞外基质或由两者共同结合组成的皮肤

11、产品, 是应用生命科学和工程学的原理与技术将种子细胞与适当的支架材料相结合构建出的用于修复、维护和改善损伤皮肤组织功能和形态的生物替代物。目前的组织工程皮肤包括自体或异体培养的表皮片真皮替代物及含表皮和真皮双层结构的皮肤替代物3 种。 1.表皮替代物包括自体表皮替代物，异体表皮替代物，角朊细胞。2. 真皮替代物2.1 异基因脱细胞真皮基质(Alloderm) 2.2 含有胶原6 - 硫酸软骨素的细胞外基质( Integra ) 2.3 异体成纤维细胞真皮替代物(Dermagraft)2.4 合成网膜Biobrane.2.5 异体成纤维细胞细胞外基质真皮替代物( Transcyte ) 3 .双

12、层皮肤替代物3 .1 活的异基因双层皮肤替代物Apligraf 3.2 培养的复合人工皮肤OrCel. 7组织工程皮肤的适应证8关于组织工程皮肤修复皮肤缺损的适应证，文献报道现有各种组织工程皮肤产品几乎适用于各种原因引起的急、慢性皮肤缺损以及部分皮肤疾病，根据病因及应用疗效其适应证包括烧伤、溃疡、外科创面及皮肤疾病等。组织工程皮肤移植前应严格选择适应证，患者的全身状况良好可以耐受手术创伤，系统疾病应得到有效控制，创面无感染，术前可以应用止血药物及免疫抑制剂9，术前麻醉根据创面大小及受体耐受情况选择全麻或局麻。组织工程皮肤移植后愈合的金标准参照自体游离皮片移植的愈合标准。与传统的治疗方法相比，使

13、用人工皮肤的优点包括：对烧伤的治疗中减少对供体组织的需求；减轻创面结痂和收缩现象；对大面积急性创面实现快速覆盖；可作为传递外界生长因子的载体等。组织工程皮肤生物相容性的评价 随着组织工程研究的不断深入，组织工程皮肤的研究取得了很大进展，临床上出现了许多类型的皮肤替代物。可这些皮肤替代物仍然存在不同程度的相容性、安全性、工艺复杂和价格高昂的问题，不能被广泛采用。有研究结果显示，脱细胞真皮基质为深红色均质纤维，无任何活性细胞成分。接种人包皮成纤维细胞均能在510 min 很好地黏附，生长良好，移植于SD 大鼠皮下后炎症反应轻微，未发生超急性排斥反应，提示猪皮肤经脱细胞处理可以避免超急性或急性排斥反

14、应。移植2 周后组织学观察显示炎症反应存在，但随移植时间的延长，炎性反应逐渐消失，胶原排列整齐，说明所构建的人工真皮生物相容性好，但同异体真皮比较，其生物相容性稍差。值得提出的是构建的人工真皮替代物具有完整的基底膜，因此能够成为种子细胞生长的支架，使覆盖在上面的种子细胞和真皮替代物牢固结合。一种良好的真皮载体除了应具备较好的组织相容性外，还必须具有一定的理化性能，如强度、柔软度、弹性、透气、透湿性能，才能保证真皮和创面贴附良好，为细胞生长提供理想的纤维支架，从而促进自体皮生长10。三未来前景虽然总体而言，组织工程的开发研究还处于初级阶段。因为目前仅仅是走通了应用组织工程技术修复临床简单组织缺损

15、这条路，还有许多制约组织工程应用与发展的基本科学问题没有阐明。除了要拓展种子细胞来源，加快组织特异性材料的开发，研制特定组织生物反应器，以及探索复杂器官的重建以外，还必须开展组织工程基础问题的研究。如: 工程化组织在体外或体内形成过程中的演变规律; 这些演变规律与正常组织发育、再生及创伤修复等的异同; 影响工程化组织形成与成熟过程的相关因素及作用机制等，这些问题涉及到组织工程技术临床应用的有效性、稳定性和安全性，只有系统地阐明组织工程化组织形成、成熟及体内转归过程中的一系列重要问题的内在机制，才能真正实现组织工程的临床应用与产业化。但是，与传统的自体或异体组织、器官移植相比，组织工程克服了以创

16、伤修复创伤、供体来源不足等缺陷，将从根本上解决组织、器官缺损的修复和功能重建等问题。目前组织工程已成为生命科学最具挑战性的前沿领域，标志着复制再生组织与器官时代的来临。组织工程为再生医学的崛起开辟了崭新道路。从移植组织器官到制造组织器官，组织工程理论与传统的治疗观念相比，是一个质的飞跃，具有划时代意义。1 杨光成，组织工程的构成J,国外医学.外科学分册，2000,01,12-13.2杜鹃，组织工程面临的技术挑战与发展趋势J中国生物工程杂志China Biotechnology，2011，31( 6) : 142-1483石 静，组织工程中3D生物打印技术的应用J 中国组织工程研究,January 8, 2014 Vol.18, No.2,271-274 4裴国献，骨组织工程研究进展J 中华创伤骨科杂志,2004.Vol.6.No.1,38-425 柴岗，张艳 组织工程骨在颅颌面骨缺损临床修复中的应用 J 中华医学杂志，2003,83:1676-16816杨志明,黄富国,生物衍生组织工程骨植骨的初步临床应用,J中国修复重建外科杂志2002,16:311