組織工程講座

1、心血管疾病心血管疾病組織工程學(xué)組織工程學(xué)中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院胸心外科中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院胸心外科湖南省心血管疾病研究所湖南省心血管疾病研究所吳忠仕吳忠仕講義提綱講義提綱 組織工程學(xué)基本概況組織工程學(xué)基本概況 組織工程血管研究組織工程血管研究 組織工程瓣膜研究組織工程瓣膜研究 心肌細(xì)胞移植研究心肌細(xì)胞移植研究 生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器組織工程學(xué)研究涉及到材料學(xué)、工程學(xué)、生物化學(xué)、組織工程學(xué)研究涉及到材料學(xué)、工程學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、倫理學(xué)等多分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、倫理學(xué)等多學(xué)科交叉與結(jié)合學(xué)科交叉與結(jié)合組織工程組織工程組織工程概況組織工程概況器官移植器官移植制造組制造

2、組織器官織器官生物工程生物工程基因工程基因工程組織工程組織工程tissue engineering is the application of the principles and methodsof engineering and the life science toward the fundamentalunderstanding of structure-function relationships in normal andpathological mammalian tissue and the development of biologicalsubstitutes to res

3、tore, maintain or improve functions.skalak and fox (eds.), tissue engineering, alan liss, 1988tissue engineering is an interdisciplinary field that applies the principles of engineering and the life sciences toward thedevelopment of biological substitutes that restore, maintain or improve tissue fun

4、ction. langer and vacanti, science 260, 1993組織工程定義組織工程定義the age of tissue engineering is upon us. as we are thrust toward a new millennium so too are our beliefs that the amalgamation of engineering and medicine will result in an explosion of knowledge that will enhance our understanding of developm

5、ental biology and culminate in a new era in medicine enabling us to restore lost tissue function. mikos and vacanti, tissue engineering 1, 1995the goal of tissue engineering is to restore function through the delivery of living elements which become integrated into the patient. vacanti and langer, l

6、ancet 354, 1999tissue engineering is also often referred to as regenerative medicineand/or reparative medicine.組織工程的定義組織工程的定義組織工程的基本要素組織工程的基本要素組織工程的核心就是建立細(xì)胞與生物材料的三維組織工程的核心就是建立細(xì)胞與生物材料的三維空間復(fù)合體，即具有生命力的活體組織空間復(fù)合體，即具有生命力的活體組織國外組織工程學(xué)研究國外組織工程學(xué)研究tephatepha公司和波士頓兒童醫(yī)院獲得美國商務(wù)部公司和波士頓兒童醫(yī)院獲得美國商務(wù)部200200萬美元萬美元advance

7、d advanced technology programtechnology program研究基金，用于人工心血管組織的研制研究基金，用于人工心血管組織的研制美國研制出人工心臟美國研制出人工心臟 英國：利用骨髓干細(xì)胞英國：利用骨髓干細(xì)胞 修復(fù)受損心肌修復(fù)受損心肌 在美國，目前已經(jīng)形成價值在美國，目前已經(jīng)形成價值 6060億美元的組織工程產(chǎn)業(yè)，億美元的組織工程產(chǎn)業(yè)，并以每年并以每年25%25%的速度遞增的速度遞增 培育的骨骼、軟骨、血管、皮膚以及神經(jīng)組織正在進培育的骨骼、軟骨、血管、皮膚以及神經(jīng)組織正在進 行體內(nèi)實驗行體內(nèi)實驗 再造的肝臟、胰臟、乳房、心臟、手指、角膜等正在再造的肝臟、胰臟、

8、乳房、心臟、手指、角膜等正在 實驗室里生長成形實驗室里生長成形 據(jù)估計全球組織工程及其技術(shù)衍生產(chǎn)品則約有據(jù)估計全球組織工程及其技術(shù)衍生產(chǎn)品則約有10001000億美億美元的潛在市場可供開拓元的潛在市場可供開拓 國外組織工程學(xué)研究國外組織工程學(xué)研究國內(nèi)組織工程研究國內(nèi)組織工程研究 1994 1994年中國組織工程在上海起步（曹誼林）年中國組織工程在上海起步（曹誼林） 19981998年，國家年，國家“973”973”重點計劃將重點計劃將“組織工程的基本科學(xué)問題組織工程的基本科學(xué)問題”研究課題立研究課題立項項 中國修復(fù)重建外科雜志中國修復(fù)重建外科雜志19971997年開辟專欄介紹組織工程年開辟專欄

9、介紹組織工程 中國組織工程和再生醫(yī)學(xué)網(wǎng)中國組織工程和再生醫(yī)學(xué)網(wǎng) http:/www.te- 中國組織工程中國組織工程 http:/- 1999 1999年在中國修復(fù)重建外科學(xué)會下建立了組織工程學(xué)組年在中國修復(fù)重建外科學(xué)會下建立了組織工程學(xué)組 20042004年曹誼林教授采用人體自身骨髓基質(zhì)干細(xì)胞培養(yǎng)出了組織工程化的人年曹誼林教授采用人體自身骨髓基質(zhì)干細(xì)胞培養(yǎng)出了組織工程化的人 體骨骼，最近已應(yīng)用于臨床體骨骼，最近已應(yīng)用于臨床 國內(nèi)組織工程研究國內(nèi)組織工程研究我國開展組織工程研究的領(lǐng)先單位我國開展組織工程研究的領(lǐng)先單位軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所中科院化學(xué)所高分子物理

10、與化學(xué)國家重點實驗室中科院化學(xué)所高分子物理與化學(xué)國家重點實驗室中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院組織工程研究中心中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院組織工程研究中心 上海組織工程研究中心（上海組織工程研究中心（“973”973”組織工程項目首席科學(xué)家曹誼林教授領(lǐng)銜）組織工程項目首席科學(xué)家曹誼林教授領(lǐng)銜）上海第二醫(yī)科大學(xué)附屬第九人民醫(yī)院整復(fù)外科上海第二醫(yī)科大學(xué)附屬第九人民醫(yī)院整復(fù)外科四川大學(xué)華西醫(yī)院衛(wèi)生部移植工程與移植免疫重點實驗室組織工程研究室四川大學(xué)華西醫(yī)院衛(wèi)生部移植工程與移植免疫重點實驗室組織工程研究室重慶大學(xué)生物工程學(xué)院生物力學(xué)及組織工程教育部重點實驗室重慶大學(xué)生物工程學(xué)院生物力學(xué)及組織工程教育部重點實驗室暨南大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程研

11、究所暨南大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程研究所復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系聚合物分子工程教育部重點實驗室復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系聚合物分子工程教育部重點實驗室1 1，胚胎干細(xì)胞的培養(yǎng)、誘導(dǎo)分化及鑒定，胚胎干細(xì)胞的培養(yǎng)、誘導(dǎo)分化及鑒定 上海等地建立了人類胚胎干細(xì)胞和小鼠胚胎干細(xì)胞系，建立了誘導(dǎo)分化為成神經(jīng)上海等地建立了人類胚胎干細(xì)胞和小鼠胚胎干細(xì)胞系，建立了誘導(dǎo)分化為成神經(jīng) 干細(xì)胞、成肌肉干細(xì)胞、成血管內(nèi)皮干細(xì)胞等技術(shù)，為應(yīng)用胚胎干細(xì)胞作為組織干細(xì)胞、成肌肉干細(xì)胞、成血管內(nèi)皮干細(xì)胞等技術(shù)，為應(yīng)用胚胎干細(xì)胞作為組織 工程種子細(xì)胞的來源進行了開創(chuàng)性的工作工程種子細(xì)胞的來源進行了開創(chuàng)性的工作2 2，骨髓間質(zhì)干細(xì)胞的分離、純化及定

12、向分化誘導(dǎo)骨髓間質(zhì)干細(xì)胞的分離、純化及定向分化誘導(dǎo) 北京和上海建立了成年骨髓基質(zhì)干細(xì)胞作為組織工程種子細(xì)胞來源的成熟技術(shù)體系北京和上海建立了成年骨髓基質(zhì)干細(xì)胞作為組織工程種子細(xì)胞來源的成熟技術(shù)體系 3 3，種子細(xì)胞功能老化規(guī)律和延緩老化的研究種子細(xì)胞功能老化規(guī)律和延緩老化的研究 4 4，生物材料表面修飾及材料與細(xì)胞間親和性改進的研究生物材料表面修飾及材料與細(xì)胞間親和性改進的研究 5 5，生物降解高分子合成、降解速率調(diào)控及支架構(gòu)筑研究生物降解高分子合成、降解速率調(diào)控及支架構(gòu)筑研究 6 6，組織工程中的生物力學(xué)問題組織工程中的生物力學(xué)問題 7 7，組織工程化組織構(gòu)建研究組織工程化組織構(gòu)建研究 上海

13、成功構(gòu)建組織工程化骨、軟骨、肌健、皮膚、角膜基質(zhì)、血管組織上海成功構(gòu)建組織工程化骨、軟骨、肌健、皮膚、角膜基質(zhì)、血管組織中國的組織工程學(xué)研究進展中國的組織工程學(xué)研究進展 成體干細(xì)胞成體干細(xì)胞組織工程種子細(xì)胞的新來源組織工程種子細(xì)胞的新來源 干細(xì)胞的可塑性與干細(xì)胞移植的基礎(chǔ)研究干細(xì)胞的可塑性與干細(xì)胞移植的基礎(chǔ)研究 成體干細(xì)胞的可塑性與受損組織的功能材料成體干細(xì)胞的可塑性與受損組織的功能材料外胚間充質(zhì)干細(xì)胞在神經(jīng)組織工程中的應(yīng)用外胚間充質(zhì)干細(xì)胞在神經(jīng)組織工程中的應(yīng)用自體骨髓干細(xì)胞移植在下肢缺血中的應(yīng)用自體骨髓干細(xì)胞移植在下肢缺血中的應(yīng)用組織工程種子細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)組織工程種子細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng) 用于

14、組織工程的生物反應(yīng)器及實驗裝置用于組織工程的生物反應(yīng)器及實驗裝置細(xì)胞移植與人工血管生物化細(xì)胞移植與人工血管生物化 生物力學(xué)與組織工程生物力學(xué)與組織工程 組織工程的免疫學(xué)問題組織工程的免疫學(xué)問題生物力學(xué)在功能化組織工程中的應(yīng)用生物力學(xué)在功能化組織工程中的應(yīng)用組織工程皮膚的產(chǎn)業(yè)化組織工程皮膚的產(chǎn)業(yè)化組織工程骨的產(chǎn)業(yè)化思路及組織工程肌腱的產(chǎn)業(yè)化思路組織工程骨的產(chǎn)業(yè)化思路及組織工程肌腱的產(chǎn)業(yè)化思路 開展心肌組織工程和胰島移植研究提高我國心臟病和糖尿病整體治療水平開展心肌組織工程和胰島移植研究提高我國心臟病和糖尿病整體治療水平 組織工程化周圍神經(jīng)移植體的研究組織工程化周圍神經(jīng)移植體的研究 牙再生相關(guān)問題

15、研究牙再生相關(guān)問題研究 國內(nèi)組織工程研究國內(nèi)組織工程研究組織工程血管組織工程血管組織工程瓣膜組織工程瓣膜組織工程心肌重建組織工程心肌重建 先天性心臟病先天性心臟病 冠狀動脈疾病冠狀動脈疾病 血管疾病血管疾病 瓣膜疾病瓣膜疾病 心肌疾病心肌疾病心血管疾病組織工程學(xué)心血管疾病組織工程學(xué)研究范圍研究范圍心臟瓣膜替代物心臟瓣膜替代物生物瓣膜生物瓣膜機械瓣膜機械瓣膜血管替代物血管替代物dacron dacron 人工血管人工血管 膨體聚四氟乙烯膨體聚四氟乙烯 （eptfe） 自體血管自體血管 異體血管異體血管乳內(nèi)血管乳內(nèi)血管大隱靜脈大隱靜脈異種血管異種血管同種血管同種血管 理想的血管移植物理想的血管移植

16、物生物血管生物血管人工合成血管人工合成血管免疫，血栓，免疫，血栓，感染，鈣化感染，鈣化組織工程化血管研究組織工程化血管研究動脈動脈靜脈靜脈 腔大，壁薄，管壁常塌陷腔大，壁薄，管壁常塌陷中膜平滑肌和彈性組織不發(fā)達中膜平滑肌和彈性組織不發(fā)達內(nèi)彈性膜不明顯或缺如內(nèi)彈性膜不明顯或缺如部分靜脈有靜脈瓣部分靜脈有靜脈瓣內(nèi)膜：單層扁平內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)膜：單層扁平內(nèi)皮細(xì)胞中層：中層：smcsmc和膠原和膠原正常血管結(jié)構(gòu)正常血管結(jié)構(gòu)血管細(xì)胞外基質(zhì)成分血管細(xì)胞外基質(zhì)成分膠原膠原非膠原糖蛋白非膠原糖蛋白氨基聚糖氨基聚糖蛋白聚糖蛋白聚糖彈性蛋白彈性蛋白血管膠原血管膠原，型膠原為主型膠原為主纖粘連蛋白（纖粘連蛋白（fibro

17、nectin） 細(xì)胞與基質(zhì)連接細(xì)胞與基質(zhì)連接基質(zhì)與基質(zhì)連接基質(zhì)與基質(zhì)連接在肽鏈中央的與細(xì)胞相結(jié)合的模塊中在肽鏈中央的與細(xì)胞相結(jié)合的模塊中存在存在rgdrgd序列，是細(xì)胞表面某些整序列，是細(xì)胞表面某些整合素受體識別與結(jié)合的部位合素受體識別與結(jié)合的部位 氨基聚糖與蛋白聚糖氨基聚糖與蛋白聚糖 在心血管基質(zhì)中主要為在心血管基質(zhì)中主要為 硫酸軟骨素硫酸軟骨素 硫酸皮膚素硫酸皮膚素 硫酸乙酰肝素硫酸乙酰肝素彈性蛋白（彈性蛋白（elastinelastin) )組織工程化血管組織工程化血管血管組織工程學(xué)的目的血管組織工程學(xué)的目的在體外構(gòu)建理想的血管移植物在體外構(gòu)建理想的血管移植物 具有高度的組織相容性具有高

18、度的組織相容性 可生長性可生長性 可塑性可塑性 無排異反應(yīng)無排異反應(yīng) 無血栓形成無血栓形成 不易感染不易感染 無免疫排異反應(yīng)無免疫排異反應(yīng) 能維持管腔的長期通暢能維持管腔的長期通暢內(nèi)皮化人工血管內(nèi)皮化人工血管 1986 1986年年jarrell jarrell 將獲取的將獲取的ecsecs接種于接種于 dacrondacron 1999 1999 年年deusch deusch 等將血管等將血管ecsecs種植于種植于 eptfe eptfe 上上 ecs ecs 在材料上長期黏附和存活問題需進在材料上長期黏附和存活問題需進 一步改進一步改進以膠原為基礎(chǔ)的組織工程血管研究以膠原為基礎(chǔ)的組織工

19、程血管研究 1986 1986 年年weinberg weinberg 從動物體內(nèi)分離得到的膠從動物體內(nèi)分離得到的膠 原制成管狀網(wǎng)格支架原制成管狀網(wǎng)格支架 在支架外套上在支架外套上dacron dacron 網(wǎng)網(wǎng), , 再接種成纖維細(xì)胞再接種成纖維細(xì)胞 向管內(nèi)注入向管內(nèi)注入ecs ecs 懸液行旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)懸液行旋轉(zhuǎn)培養(yǎng) 建成了類似的肌性動脈建成了類似的肌性動脈 19981998年年l heureux l heureux 分別用血管分別用血管smcs smcs 和人和人皮膚皮膚fb sfb s進行培養(yǎng)進行培養(yǎng) 細(xì)胞和細(xì)胞和ecm ecm 融合成膜片狀物融合成膜片狀物 將將fb s fb s 膜片套

20、在膜片套在eptfe eptfe 多孔管軸外多孔管軸外, , 裹上裹上smcs smcs 膜片膜片; ; 再裹上再裹上fb s fb s 膜片膜片 待管壁細(xì)胞和待管壁細(xì)胞和ecm ecm 成熟后成熟后, ,脫去脫去eptfe eptfe 管軸管軸 最后在腔內(nèi)接種最后在腔內(nèi)接種ecs , ecs , 培育出有生理活性的培育出有生理活性的天然環(huán)層結(jié)構(gòu)血管天然環(huán)層結(jié)構(gòu)血管以細(xì)胞膜片技術(shù)為基礎(chǔ)的血管移植物以細(xì)胞膜片技術(shù)為基礎(chǔ)的血管移植物該該tebv tebv 的優(yōu)點為的優(yōu)點為: : 有生理活性有生理活性, , 可自我更新可自我更新 植入后的血管可自行適應(yīng)體內(nèi)環(huán)境植入后的血管可自行適應(yīng)體內(nèi)環(huán)境 感染率低

21、感染率低, , 機體免疫反應(yīng)小機體免疫反應(yīng)小, ,遠(yuǎn)期通暢率高遠(yuǎn)期通暢率高 制作設(shè)備簡單制作設(shè)備簡單其缺點為其缺點為: : 制作周期長制作周期長, , 需要需要3 3 個月以上個月以上, , 臨床應(yīng)用不便臨床應(yīng)用不便 缺乏足夠的動物實驗及臨床觀察的依據(jù)來判斷缺乏足夠的動物實驗及臨床觀察的依據(jù)來判斷其在體內(nèi)的生物學(xué)行為其在體內(nèi)的生物學(xué)行為 管壁力學(xué)強度有待進一步提高管壁力學(xué)強度有待進一步提高組織工程應(yīng)用的可降解材料組織工程應(yīng)用的可降解材料聚乳酸(polylacticacid，pla) 聚羥基乙酸(polygly- colicacid，pga) 兩者的共聚物(pla / pga)聚4 羥基丁酸鹽（

22、p4hb）聚乙醇酸(plla)可吸收材料為支架的可吸收材料為支架的tebv1998 1998 年年, shinoka , shinoka 以聚乙二醇酸以聚乙二醇酸(pga ) (pga ) 制成管狀支架制成管狀支架將羊血管細(xì)胞種植于支架上將羊血管細(xì)胞種植于支架上, , 置換相應(yīng)長度的幼羊主肺動脈的置換相應(yīng)長度的幼羊主肺動脈的11 11 周后周后, , 支架結(jié)構(gòu)完全消失支架結(jié)構(gòu)完全消失, ,管壁內(nèi)膠原蛋白含量相當(dāng)于自體管壁內(nèi)膠原蛋白含量相當(dāng)于自體肺動脈的肺動脈的73% 73% 是一種具有生長、修復(fù)功能的活血管是一種具有生長、修復(fù)功能的活血管 該該tebv tebv 存在以下缺點存在以下缺點: :

23、 pga pga 的機械支撐力較弱的機械支撐力較弱, , 用于肺循環(huán)尚可用于肺循環(huán)尚可, , 卻難以耐卻難以耐 受較高的體循環(huán)壓力受較高的體循環(huán)壓力 pga pga 過于僵硬過于僵硬, , 手術(shù)縫合性不佳手術(shù)縫合性不佳可吸收材料為支架的可吸收材料為支架的tebv 1999 1999 年年, shum -tim , shum -tim 用羥化烷烴的聚合物用羥化烷烴的聚合物(pha ) (pha ) 的雙層管狀支架構(gòu)建了的雙層管狀支架構(gòu)建了tebvtebv。內(nèi)層以有孔的。內(nèi)層以有孔的pga pga 網(wǎng)作為網(wǎng)作為細(xì)胞載體細(xì)胞載體, , 外層以無孔的外層以無孔的pha pha 加強機械支撐作用加強機械

24、支撐作用, , 該該tebv tebv 的血管壁中膠原蛋白到的血管壁中膠原蛋白到3 3 個月時占相應(yīng)自體腹主動個月時占相應(yīng)自體腹主動脈的脈的25%, 5 25%, 5 個月時達個月時達99% , 99% , 內(nèi)層有平整的內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)層有平整的內(nèi)皮細(xì)胞, ,中層中層有大量的彈力纖維生成有大量的彈力纖維生成 2001 2001 年年, hoerstrup , hoerstrup 采用了一種新型采用了一種新型可吸收的可吸收的pga/p4hb pga/p4hb 復(fù)合材料復(fù)合材料 通過熱焊接技術(shù)通過熱焊接技術(shù), , 制成管形支架制成管形支架 采用動態(tài)培養(yǎng)采用動態(tài)培養(yǎng). . 該該tebv tebv 達到了一

25、定的抗張裂強度和縫達到了一定的抗張裂強度和縫合固持度合固持度, , 基本符合外科手術(shù)的要求基本符合外科手術(shù)的要求可吸收材料為支架的可吸收材料為支架的tebv20032003年年, , 東京女子醫(yī)科大學(xué)的東京女子醫(yī)科大學(xué)的matsumura matsumura 將骨髓干細(xì)胞將骨髓干細(xì)胞( bmcs) ( bmcs) 作為細(xì)胞來源制成了作為細(xì)胞來源制成了tebv , tebv , 進行了進行了22 22 例臨床實驗例臨床實驗, , 沒有發(fā)生管沒有發(fā)生管道的血栓形成和狹窄以及因該項技術(shù)而導(dǎo)致的道的血栓形成和狹窄以及因該項技術(shù)而導(dǎo)致的患者死亡患者死亡組織工程血管作為心外管組織工程血管作為心外管道行全腔

26、靜脈肺動脈連接道行全腔靜脈肺動脈連接組織工程血管臨床應(yīng)用組織工程血管臨床應(yīng)用 天然生物性材料來源于生物體可分為天然生物性材料來源于生物體可分為 大分子無結(jié)構(gòu)材料大分子無結(jié)構(gòu)材料 如膠原膠、藻酸鹽等如膠原膠、藻酸鹽等 去細(xì)胞纖維組織材料去細(xì)胞纖維組織材料 脫細(xì)胞小腸粘膜下層基質(zhì)脫細(xì)胞小腸粘膜下層基質(zhì) 脫細(xì)胞真皮基質(zhì)脫細(xì)胞真皮基質(zhì) 脫細(xì)胞血管基質(zhì)脫細(xì)胞血管基質(zhì) 生物材料提供近似體內(nèi)組織發(fā)生發(fā)育的生物材料提供近似體內(nèi)組織發(fā)生發(fā)育的ecmecm支架條件支架條件 植入體內(nèi)時無或只有極低的免疫排斥反應(yīng)。植入體內(nèi)時無或只有極低的免疫排斥反應(yīng)。 血管相容性血管相容性, , 順應(yīng)性、通暢率等都優(yōu)于非天然生物順應(yīng)

27、性、通暢率等都優(yōu)于非天然生物 性材料血管性材料血管天然生物性材料為支架的天然生物性材料為支架的tebv組織工程血管的發(fā)展方向組織工程血管的發(fā)展方向血管組織工程學(xué)仍然處于實驗探索階段血管組織工程學(xué)仍然處于實驗探索階段目前目前tebv tebv 面臨著巨大的挑戰(zhàn)面臨著巨大的挑戰(zhàn): : 機械強度和彈性機械強度和彈性: : 可以承受一定的肺循環(huán)壓力可以承受一定的肺循環(huán)壓力, , 體體 循環(huán)壓力難以承受循環(huán)壓力難以承受 遠(yuǎn)期通暢率遠(yuǎn)期通暢率: : 小口徑小口徑( 6mm ) tebv ( 6mm ) tebv 的遠(yuǎn)期通暢的遠(yuǎn)期通暢 率仍不理想率仍不理想 tebv tebv 的順應(yīng)性如何能更好的與臨近受者

28、血管相匹配的順應(yīng)性如何能更好的與臨近受者血管相匹配組織工程血管的發(fā)展方向組織工程血管的發(fā)展方向種子細(xì)胞來源種子細(xì)胞來源 目前主要選用各種成熟的功能細(xì)胞目前主要選用各種成熟的功能細(xì)胞 再分化能力低再分化能力低 培養(yǎng)生長慢培養(yǎng)生長慢 難以保障功能的完整性難以保障功能的完整性胚胎干細(xì)胞或骨髓基質(zhì)干細(xì)胞作為胚胎干細(xì)胞或骨髓基質(zhì)干細(xì)胞作為種子細(xì)胞是今后重要的發(fā)展方向種子細(xì)胞是今后重要的發(fā)展方向 組織工程血管支架組織工程血管支架/ /細(xì)胞外基質(zhì)細(xì)胞外基質(zhì) 異種或同種血管組織（如去細(xì)胞的豬主動異種或同種血管組織（如去細(xì)胞的豬主動脈，脈，bjvcbjvc）是常用的天然生物組織）是常用的天然生物組織 凍存的同種

29、血管已用作冠脈搭橋管道，其凍存的同種血管已用作冠脈搭橋管道，其缺點是通暢率差和容易形成動脈瘤缺點是通暢率差和容易形成動脈瘤天然生物組織天然生物組織人工高分子可吸收材料人工高分子可吸收材料 pga/p4hb pga/p4hb 復(fù)合材料復(fù)合材料組織工程血管的發(fā)展方向組織工程血管的發(fā)展方向 細(xì)胞與細(xì)胞間信號傳導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞間信號傳導(dǎo) 細(xì)胞與細(xì)胞與ecm ecm 相互作用相互作用 細(xì)胞生長同生長因子間的關(guān)系細(xì)胞生長同生長因子間的關(guān)系 種子細(xì)胞的黏附、遷移、分化、生長研究種子細(xì)胞的黏附、遷移、分化、生長研究 生物反應(yīng)器仿生條件的選擇生物反應(yīng)器仿生條件的選擇組織工程學(xué)三維培養(yǎng)技術(shù)的研究組織工程學(xué)三維培養(yǎng)技術(shù)

30、的研究組織工程血管的發(fā)展方向組織工程血管的發(fā)展方向組織工程心臟瓣膜需要終身抗凝需要終身抗凝由于抗凝導(dǎo)致的出血由于抗凝導(dǎo)致的出血, ,血栓和感染血栓和感染不能隨人體的生長而生長或塑形不能隨人體的生長而生長或塑形較好的血流動力學(xué)特點較好的血流動力學(xué)特點抗感染能力相對較強抗感染能力相對較強無需抗凝無需抗凝潛在的免疫原性或鞣制劑抑制宿主自體潛在的免疫原性或鞣制劑抑制宿主自體細(xì)胞的生長，導(dǎo)致了生物瓣耐久性差細(xì)胞的生長，導(dǎo)致了生物瓣耐久性差 機機 械械 瓣瓣生生 物物 瓣瓣人工瓣膜特點人工瓣膜特點組織工程瓣膜的構(gòu)建組織工程瓣膜的構(gòu)建基本思路 采用人工合成材料、同種或異種的脫細(xì)胞心臟瓣膜作為采用人工合成材料

31、、同種或異種的脫細(xì)胞心臟瓣膜作為組織工程心臟瓣膜的支架組織工程心臟瓣膜的支架/ /細(xì)胞外基質(zhì)細(xì)胞外基質(zhì), ,通過將體外擴增通過將體外擴增的患者自體活細(xì)胞種植在瓣膜支架上的患者自體活細(xì)胞種植在瓣膜支架上, ,細(xì)胞能夠牢固黏附、細(xì)胞能夠牢固黏附、生長生長, ,使其具有正常瓣膜組織的新陳代謝功能使其具有正常瓣膜組織的新陳代謝功能, ,最后應(yīng)用于最后應(yīng)用于置換病變的瓣膜置換病變的瓣膜, ,在體發(fā)揮類似于正常瓣膜的功能在體發(fā)揮類似于正常瓣膜的功能 組織工程心臟瓣膜不僅從功能上發(fā)揮正常瓣膜的功能組織工程心臟瓣膜不僅從功能上發(fā)揮正常瓣膜的功能, ,而而且在結(jié)構(gòu)上類似于正常瓣膜且在結(jié)構(gòu)上類似于正常瓣膜, ,目

32、前被喻為活體生物瓣目前被喻為活體生物瓣 克服目前所用兩類人造心臟瓣膜的缺點克服目前所用兩類人造心臟瓣膜的缺點, ,具有非常重要的具有非常重要的臨床應(yīng)用前景臨床應(yīng)用前景理想的瓣膜支架理想的瓣膜支架/ /基質(zhì)材料須具備特征基質(zhì)材料須具備特征 良好的生物相容性良好的生物相容性良好的生物降解性良好的生物降解性具有三維多孔立體結(jié)構(gòu)具有三維多孔立體結(jié)構(gòu)良好的可塑性和一定的機械強度良好的可塑性和一定的機械強度良好的細(xì)胞良好的細(xì)胞- -材料材料界面基質(zhì)材料基質(zhì)材料 生物可降解高分子材料生物可降解高分子材料生物可降解高分子材料所制成的瓣膜支架可隨著種植細(xì)胞外基質(zhì)生物可降解高分子材料所制成的瓣膜支架可隨著種植細(xì)胞

33、外基質(zhì)的形成的形成, ,支架逐漸降解、重吸收支架逐漸降解、重吸收, ,被新生瓣膜組織細(xì)胞取代被新生瓣膜組織細(xì)胞取代, ,最終在最終在瓣膜組織中不遺留任何異物瓣膜組織中不遺留任何異物, ,因此因此, ,它無疑是瓣膜支架的最好選擇它無疑是瓣膜支架的最好選擇聚乳酸聚乳酸(polylacticacid(polylacticacid，pla) pla) 聚羥基乙酸聚羥基乙酸(polygly- colicacid(polygly- colicacid，pga) pga) 兩者的共聚物兩者的共聚物(pla / pga)(pla / pga)聚聚4 4 羥基丁酸鹽（羥基丁酸鹽（p4hbp4hb）聚乙醇酸聚乙醇

34、酸(plla)(plla) 消除了抗原性和免疫原性消除了抗原性和免疫原性 保持正常瓣膜三維空間保持正常瓣膜三維空間, ,纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及可能包含有纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及可能包含有細(xì)胞表面受體的特異性結(jié)合位點，有利于細(xì)胞種植和細(xì)胞表面受體的特異性結(jié)合位點，有利于細(xì)胞種植和生長生長, ,并且有很好的抗張強度并且有很好的抗張強度 臨床應(yīng)用前景好臨床應(yīng)用前景好脫細(xì)胞處理后的瓣膜支架脫細(xì)胞處理后的瓣膜支架優(yōu)優(yōu) 勢勢種子細(xì)胞來源和種植種子細(xì)胞來源和種植目前實驗研究所用的細(xì)胞來源目前實驗研究所用的細(xì)胞來源 動脈或靜脈的血管內(nèi)皮細(xì)胞動脈或靜脈的血管內(nèi)皮細(xì)胞 血管或皮膚的成纖維細(xì)胞或平滑肌細(xì)胞血管或皮膚的成纖維細(xì)胞或

35、平滑肌細(xì)胞 骨髓基質(zhì)干細(xì)胞骨髓基質(zhì)干細(xì)胞 臍帶血干細(xì)胞臍帶血干細(xì)胞 骨髓基質(zhì)干細(xì)胞應(yīng)該是最有研究價值骨髓基質(zhì)干細(xì)胞應(yīng)該是最有研究價值 和臨床價值的種子細(xì)胞來源和臨床價值的種子細(xì)胞來源 先種植先種植成纖維細(xì)胞成纖維細(xì)胞細(xì)胞外基質(zhì)增加種植內(nèi)種植內(nèi)皮細(xì)胞皮細(xì)胞steinhoffsteinhoff采用采用同種去細(xì)胞的心臟瓣膜種植自同種去細(xì)胞的心臟瓣膜種植自體成肌纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞體成肌纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞 原位肺動脈帶瓣管道移植的羊動物模型進行在體功能評價原位肺動脈帶瓣管道移植的羊動物模型進行在體功能評價 對照組顯示瓣膜部分變性，沒有瓣膜細(xì)胞間質(zhì)間的重建對照組顯示瓣膜部分變性，沒有瓣膜細(xì)胞間質(zhì)間的重建

36、組織工程瓣顯示瓣膜組織的完全重建、內(nèi)皮細(xì)胞充分融合覆蓋組織工程瓣顯示瓣膜組織的完全重建、內(nèi)皮細(xì)胞充分融合覆蓋 組織工程瓣膜組織工程瓣膜動物及臨床實驗動物及臨床實驗 hoerstrup hoerstrup 將體外種植、培養(yǎng)的瓣膜置換自體將體外種植、培養(yǎng)的瓣膜置換自體肺動脈瓣肺動脈瓣 術(shù)后術(shù)后2020周時新生瓣膜的機械特性和自體瓣膜相似周時新生瓣膜的機械特性和自體瓣膜相似, , 瓣膜的內(nèi)皮細(xì)胞有增殖能力瓣膜的內(nèi)皮細(xì)胞有增殖能力 組織學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)植入的瓣膜結(jié)構(gòu)與自體瓣膜相似組織學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)植入的瓣膜結(jié)構(gòu)與自體瓣膜相似 組織工程瓣膜組織工程瓣膜動物及臨床實驗動物及臨床實驗 dohmen dohmen 應(yīng)用

37、體外構(gòu)建的組織工程瓣應(yīng)用體外構(gòu)建的組織工程瓣 膜植入施行膜植入施行ross ross 手術(shù)患者的肺動脈瓣手術(shù)患者的肺動脈瓣 3 3 個月后心臟超聲檢查顯示瓣膜功能良好個月后心臟超聲檢查顯示瓣膜功能良好 1 1 例于術(shù)后例于術(shù)后1 1 年復(fù)查年復(fù)查, ,其瓣膜功能優(yōu)良其瓣膜功能優(yōu)良, ,無無 瓣膜增厚或鈣化瓣膜增厚或鈣化 組織工程瓣膜組織工程瓣膜動物及臨床實驗動物及臨床實驗修復(fù)心肌的細(xì)胞移植修復(fù)心肌的細(xì)胞移植 心力衰竭為臨床常見的綜合征心力衰竭為臨床常見的綜合征傳統(tǒng)的治療方法均存在缺陷傳統(tǒng)的治療方法均存在缺陷 尋求一種新的更好的治療手段已尋求一種新的更好的治療手段已成為目前臨床的迫切需求之一成為

38、目前臨床的迫切需求之一研究背景研究背景 各種原因所致心力衰竭的共同特點是具有完全舒各種原因所致心力衰竭的共同特點是具有完全舒縮縮 功能的心肌細(xì)胞數(shù)量減少功能的心肌細(xì)胞數(shù)量減少 增加具有完善收縮功能的心肌細(xì)胞數(shù)目應(yīng)該是有增加具有完善收縮功能的心肌細(xì)胞數(shù)目應(yīng)該是有 效地治療心肌損傷的關(guān)鍵效地治療心肌損傷的關(guān)鍵 細(xì)胞心肌移植，為修復(fù)心肌損傷開辟了一條全新細(xì)胞心肌移植，為修復(fù)心肌損傷開辟了一條全新 的途徑的途徑 研究背景研究背景將某種來源的干細(xì)胞通過細(xì)胞移植的方法種將某種來源的干細(xì)胞通過細(xì)胞移植的方法種植到病變區(qū)域，使其增生分化為心肌細(xì)胞，植到病變區(qū)域，使其增生分化為心肌細(xì)胞，從而達到增加和恢復(fù)具有完

39、善收縮功能心肌從而達到增加和恢復(fù)具有完善收縮功能心肌細(xì)胞的數(shù)目，逆轉(zhuǎn)心肌重塑，改善心功能，細(xì)胞的數(shù)目，逆轉(zhuǎn)心肌重塑，改善心功能，防治心力衰竭的目的防治心力衰竭的目的心肌細(xì)胞移植心肌細(xì)胞移植 肌源性細(xì)胞肌源性細(xì)胞 心肌細(xì)胞心肌細(xì)胞 骨骼肌成肌細(xì)胞骨骼肌成肌細(xì)胞 平滑肌細(xì)胞平滑肌細(xì)胞 非肌源性細(xì)胞非肌源性細(xì)胞 成纖維細(xì)胞成纖維細(xì)胞 肝臟來源的干細(xì)胞肝臟來源的干細(xì)胞 血管內(nèi)皮細(xì)胞血管內(nèi)皮細(xì)胞 胚胎干細(xì)胞胚胎干細(xì)胞 骨髓多能干細(xì)胞骨髓多能干細(xì)胞 骨髓造血干細(xì)胞骨髓造血干細(xì)胞 骨髓基質(zhì)細(xì)胞骨髓基質(zhì)細(xì)胞 骨髓內(nèi)皮祖細(xì)胞骨髓內(nèi)皮祖細(xì)胞 骨髓單個核細(xì)胞骨髓單個核細(xì)胞細(xì)胞來源細(xì)胞來源移植方式移植方式 心外膜局部

40、肌肉注射心外膜局部肌肉注射 心內(nèi)膜局部肌肉注射心內(nèi)膜局部肌肉注射 外周靜脈注射外周靜脈注射 冠狀動脈內(nèi)注射冠狀動脈內(nèi)注射 冠狀靜脈竇內(nèi)注射冠狀靜脈竇內(nèi)注射spect細(xì)胞移植效果細(xì)胞移植效果細(xì)胞移植前細(xì)胞移植前細(xì)胞移植后細(xì)胞移植后細(xì)胞移植作用的可能機制細(xì)胞移植作用的可能機制 分泌生長因子，促進側(cè)枝循環(huán)形成，改善了心梗區(qū)灌注分泌生長因子，促進側(cè)枝循環(huán)形成，改善了心梗區(qū)灌注 心肌細(xì)胞的凋亡減輕，受損心肌細(xì)胞得以修復(fù)長期存活心肌細(xì)胞的凋亡減輕，受損心肌細(xì)胞得以修復(fù)長期存活 使心梗區(qū)室壁彈性增加，減輕了心肌張力使心梗區(qū)室壁彈性增加，減輕了心肌張力 移植細(xì)胞直接參與收縮，改善心功能移植細(xì)胞直接參與收縮，改善心功能 減少膠原沉積，限制瘢痕組織擴大減少膠原沉積，限制瘢痕組織擴大需解決的問題需解決的問題 細(xì)胞來源的選擇細(xì)胞來源的選擇 移植的指征移植的指征 移植時機移植時機 方法及數(shù)目方法及數(shù)目 療效的合理評價療效的合理評價 作用機制作用機制 生物反應(yīng)器是用來進行生物或生物反應(yīng)器是用來進行生物或/和生物化學(xué)反應(yīng)和生物化學(xué)反應(yīng) 的一種裝置的一種裝置其內(nèi)部環(huán)境及操作條件將受到嚴(yán)格控制和監(jiān)測，其內(nèi)部環(huán)境及操作條件將受到嚴(yán)格控制和監(jiān)測， 如如ph，溫度，壓力，營