2025年大学《分子科学与工程》专业题库- 分子生物工程在人工器官研究中的应用

2025年大学《分子科学与工程》专业题库——分子生物工程在人工器官研究中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分）1.下列哪项不是分子生物工程的核心技术？A.基因编辑B.细胞培养C.生物材料合成D.蛋白质工程2.在构建用于肾脏替代的人工器官时，分子生物工程技术主要可以用于改善哪方面的性能？A.器官的宏观尺寸B.组织的过滤效率C.器官的机械强度D.器官的自动化控制3.CRISPR-Cas9技术最常被用于人工器官研究中的哪个环节？A.生产大量的生物材料支架B.改造种子细胞使其分化为特定功能细胞C.促进植入后血管的再生D.实时监测器官内部的电信号4.下列哪种生物材料最不适合作为长期植入体内的人工器官支架？A.可生物降解的PLGA聚合物B.具有生物活性的壳聚糖C.金属钛合金D.透明质酸水凝胶5.人工肝支持系统（ArtificialLiverSupportSystem）主要利用了分子生物工程的哪种功能？A.基因治疗B.细胞吸附与解毒C.3D打印组织D.药物缓释6.多能干细胞（如iPS细胞）在人工器官构建中的主要优势在于？A.成本低廉B.可获得性高C.能够分化成多种类型的功能细胞D.不存在免疫排斥风险7.为了提高人工器官移植后的成功率，分子生物工程可以采取的策略包括？A.设计具有免疫抑制功能的材料B.通过基因编辑降低宿主免疫反应C.使用自体细胞来源构建器官D.以上都是8.3D生物打印技术结合分子生物工程，主要应用于人工器官领域的哪个方面？A.大规模生产通用型器官B.构建具有复杂结构的组织替代物C.实现器官的远程运输D.降低器官构建的成本9.基因治疗技术在人工心脏构建中可能的应用场景是？A.增强心肌细胞的收缩力B.促进心脏血管的再生C.防止心脏纤维化D.以上都是10.评价一个基于分子生物工程构建的人工器官是否成功，最重要的指标是？A.器官的制备成本B.器官的机械稳定性C.器官能够长期维持正常的生理功能D.器官外观与天然器官的相似度二、填空题（每空1分，共15分）1.分子生物工程是利用__________、__________和__________等生物技术手段，在分子水平上对生物系统进行设计、改造和创造的一门综合性学科。2.人工器官是指用__________材料部分或全部替代人体器官，以维持或恢复其特定功能的装置。3.细胞工程是分子生物工程的重要分支，涉及细胞的分离、培养、__________、__________等技术。4.生物材料在人工器官中通常作为__________或__________提供支持。5.组织工程的目标是利用细胞和__________相结合的方式，构建具有特定功能的组织或器官替代物。6.基因编辑技术如CRISPR-Cas9为改造细胞__________提供了强大工具。7.3D生物打印技术能够按照预定设计精确地逐层沉积细胞和__________，构建复杂的三维结构。8.解决人工器官的免疫排斥问题，除了使用__________细胞外，还可以通过基因编辑降低__________反应。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述基因工程在人工器官构建中可能的应用途径。2.解释什么是组织工程，并列举其在人工器官研发中的两个关键要素。3.阐述生物材料表面特性对细胞行为（如粘附、增殖、分化）的影响。4.指出利用分子生物工程技术构建人工器官面临的主要挑战之一，并简要说明原因。四、论述题（每题15分，共30分）1.详细论述干细胞技术（包括来源、类型、关键技术）在构建可替换受损组织的人工器官中的应用潜力和面临的挑战。2.结合具体实例，论述分子生物工程如何与其他学科（如材料科学、计算机科学）交叉融合，推动人工器官研发的进步。试卷答案一、选择题1.C2.B3.B4.C5.B6.C7.D8.B9.D10.C二、填空题1.基因工程蛋白质工程细胞工程2.生物活性3.融合转化4.细胞支架功能支架5.生物材料6.特性7.生物材料8.自体异体三、简答题1.答案：基因工程可以通过修饰种子细胞的基因组，使其具备特定的功能（如分泌特定酶类或生长因子）、提高其分化效率、增强其存活能力或降低其免疫原性。也可以通过基因工程改造生物材料，使其能够引导细胞特定分化或与细胞相互作用。解析思路：考察对基因工程基本原理及其在细胞和材料层面改造中的应用的理解。需要回答基因工程如何影响细胞（功能、命运、存活、免疫）以及如何影响材料（生物相容性、功能引导）。2.答案：组织工程是利用细胞和生物材料相结合的方式，在体外构建具有特定功能的组织或器官替代物的学科。其关键要素包括：具有所需功能的种子细胞、能够支持细胞生长分化的生物材料支架、以及模拟体内微环境的培养系统或生长因子。解析思路：考察对组织工程定义和核心要素的掌握。需要准确描述组织工程的定义，并列出至少两个关键组成部分（细胞和材料是基础，培养系统/因子是重要辅助）。3.答案：生物材料表面特性，如表面化学组成（亲疏水性、电荷）、表面形貌（粗糙度、孔径）、表面能量等，会显著影响细胞的粘附、铺展、增殖、迁移、分化及凋亡等行为。例如，带负电荷的表面通常利于细胞粘附，特定化学修饰可以增强细胞粘附或引导细胞分化。解析思路：考察对生物材料与细胞相互作用基本知识的理解。需要指出表面特性包含哪些方面，并举例说明这些特性如何具体影响细胞的关键行为。4.答案：主要挑战之一是构建具有与天然器官同等复杂结构和功能的、能够长期在体内稳定工作的组织器官。这涉及到细胞来源的稳定性与安全性、如何精确控制细胞外基质的形成、如何实现有效的血管化以供氧供能、以及长期生物相容性和免疫排斥问题的彻底解决等。解析思路：考察对人工器官研发实际困难的认识。需要识别一个核心挑战，并从细胞、结构、功能、血管化、免疫等方面展开简要说明，体现问题的复杂性。四、论述题1.答案：干细胞技术具有巨大的应用潜力，因为它们具有自我更新和多向分化的能力，可以来源广泛（如胚胎干细胞、诱导多能干细胞、成体干细胞），为构建各种类型的人体组织器官提供了细胞来源。通过体外扩增和定向分化，可以制备特定类型的细胞用于修复或替代受损组织。然而，面临的挑战包括：如何高效、安全、无异质性地将干细胞分化为所需的功能细胞（避免分化偏移或肿瘤风险）；如何构建能够支持细胞有序分化、形成复杂三维结构的理想生物支架；如何解决移植后的免疫排斥问题（即使使用自体干细胞）；以及干细胞治疗相关的伦理问题。解析思路：考察对干细胞技术在人工器官中应用的理解深度和广度。需分两部分回答：一是阐述干细胞技术的优势和应用潜力（来源、能力、应用方向）；二是深入分析其面临的主要科学和临床挑战（分化、支架、免疫、伦理）。2.答案：分子生物工程与其他学科的交叉融合极大地推动了人工器官研发。例如，与材料科学结合，通过分子设计合成具有特定生物相容性、可降解性、力学性能和功能化表面（如细胞粘附位点、生长因子释放）的生物材料，为细胞提供理想的“家”；与计算机科学/信息科学结合，发展3D建模、计算机辅助设计（CAD）和3D生物打印技术，能够精确构建复杂的三维组织结构；结合控制理论，可以开发智能化的生物传感器和执行器，用于构建具有自我监测和调节功能的仿生器官；结合纳米技术，