细胞工程_组织工程介绍

1、第5节 组织工程桑兰 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。 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。 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损伤的组织或器官还能够被修复吗？传统办法自体移植:异体移植:组织代用品：目前国内外器官严重短缺解决器官严

2、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. 生物支架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。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

3、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，细胞在生物支架中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。生物材料支架特点1生物相容性好2可以生物

4、降解多聚乳酸生物支架壳聚糖生物支架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三 组织工程应用组织工程的研究涉及：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。(一)耳组织工程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James Barrett Brown奖。 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

5、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。(二)骨组织工程：例1:曹谊林 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小狗撞破的脑袋小狗长好的头盖骨续:骨组织工程 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

6、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。曹谊林例2:曹谊林-骨组织工程 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。 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

7、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。”(三)细胞体外培养再造膀胱例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

8、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。例2 膀胱组织工程 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。续:膀胱组织工程 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

9、体内，对7位年龄在419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(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 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

10、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。”(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、生长因子和结构性蛋白， 可与病人自身的皮肤很好地融合，不存在排异作用，就连病人自身的血管和色素也会逐渐转移到活性皮肤中去，愈后不留瘢痕。 此外,日本的第一家组织培养风险企业日本组织工程公司，从2000年春季开始提供用于治疗烫伤的培养皮肤。 该公司提供的培养皮肤是从患者嘴里采取黏膜细胞进行无菌培养出来的皮肤。(六) 血管和软骨产品 2000年3月10日，Advanced TissueSciences公司宣布了促进心肌血管形成产品的临床前实验数据。 该产品应用后14天即开始形成新的血管。 据悉，用来修复或取代受损的人体软骨组织的工程产品-人工软骨也即将上市Carticel 软骨产品：可用来替代损伤的膝关节软骨。它首先从病人机体中获取一些软骨细胞，然后将这些细胞在一个可降解的生物支架上生长，组织长成后，