第二章第三節(jié)組織工程

第二章第三節(jié)組織工程第1頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一桑蘭第2頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一桑蘭1998年在紐約市長島舉辦的友好運動會上不幸因脊髓嚴(yán)重挫傷而造成癱瘓。第五-七頸椎呈開放性、粉粹性骨折，75%錯位，中樞神經(jīng)嚴(yán)重?fù)p傷，雙手和胸以下失去知覺。第3頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一第4頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一霍金（英國

）被認(rèn)為是繼愛因斯坦之后最杰出的理論物理學(xué)家。撰寫于1988年的《時間簡史》，迄今被譯成30多種語言，在全世界發(fā)行超過2500萬冊。２０歲時患有盧伽雷氏癥（肌萎縮性側(cè)索硬化癥，運動神經(jīng)元疾?。驯唤d于輪椅達20多年，全身惟一能動的是左手的3根手指和部分面部肌肉。他的科普名著《時間簡史》和《果殼中的宇宙》第5頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一損傷的組織或器官還能夠被修復(fù)嗎？？？●自體移植:●異體移植:

●組織代用品：傳統(tǒng)辦法第6頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一目前國內(nèi)外器官嚴(yán)重短缺第7頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一解決器官嚴(yán)重短缺的方法

自體和異體移植人造器官組織工程異種移植第8頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一一、組織工程的概念●將人體某部分的組織細(xì)胞種植和吸附在一種生物材料的支架上進行人工培養(yǎng)繁殖,擴增,分化，●然后移植到人體內(nèi)所需要的部位,從而達到器官修復(fù)或再造的治療目的的一種技術(shù).第9頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一生物支架第10頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一組織工程的核心問題是：應(yīng)用生命科學(xué)和工程技術(shù)的原理和方法，在細(xì)胞的體外培養(yǎng)過程中，誘導(dǎo)干細(xì)胞定向分化，維持、調(diào)控乃至優(yōu)化這種分化，從而形成具有和機體組織相似功能的組織或器官。第11頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一二組織工程的關(guān)鍵技術(shù):

1、組織構(gòu)成細(xì)胞的培養(yǎng)

▲生物組織是由細(xì)胞構(gòu)成。首先要求獲取所要培養(yǎng)組織的種子細(xì)胞?！?xì)胞可來源于自體細(xì)胞或異體細(xì)胞，但是受到種類、數(shù)量、時間等限制。▲其它方式獲取細(xì)胞：胚胎干細(xì)胞、成體干細(xì)胞等第12頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一2、生物材料及構(gòu)架制備

◆為了形成具有三維結(jié)構(gòu)的組織，必須提供一個生物支架，◆支架選擇的聚合體必須有足夠的彈性，提供細(xì)胞生長一個類似生命體的力學(xué)環(huán)境，◆有充分多的孔隙允許培養(yǎng)液浸潤生長的組織，傳輸營養(yǎng)物質(zhì)和清除細(xì)胞代謝廢物，第13頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一細(xì)胞在生物支架中第14頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一◆生物材料隨著組織的生長能夠自我降解，◆但是降解速度不能太快，要有足夠的時間保證細(xì)胞長進去，及時填補聚合體溶解留下的空隙?！舫Ｓ玫纳锊牧嫌校旱鞍踪|(zhì)支架、多糖支架、聚羥基乙酸、聚乳酸類等生物材料。

第15頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一生物材料支架特點1生物相容性好2可以生物降解第16頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一多聚乳酸生物支架第17頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一殼聚糖生物支架第18頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一組織工程的三個支柱：細(xì)胞繁殖和分化生物支架種子細(xì)胞生物分子第19頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一多種哺乳動物的幾乎所有器官的不同組織，包括皮膚、骨骼肌肉系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、心臟血管系統(tǒng)、血液系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、角膜和內(nèi)分泌腺等。組織工程的研究涉及：三組織工程應(yīng)用第20頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一1996年，世界上第一個在裸鼠背上復(fù)制“人耳”形成了人耳廓形態(tài)軟骨的試驗由曹誼林教授完成,曹教授因而獲得了1998年度國際整形外科界JamesBarrettBrown獎。(一)耳組織工程第21頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一這只“人耳鼠”的產(chǎn)生方法是在老鼠的背上割開一道口子，然后將已經(jīng)培養(yǎng)好的“人耳”植入后縫合。“人耳”是在植入之前一星期開始制備的，先用一種高分子化學(xué)材料——聚羥基乙酸做成“人耳”的模型支架．然后讓老鼠細(xì)胞在這個支架上繁殖生長。支架降解消失后，“人耳”便與老鼠渾然成為一體。

第22頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一(二)骨組織工程：第23頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一第24頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一2001年10月，一只小狗在出生僅7天就撞破了腦袋。曹誼林教授從小狗身上抽取了5毫升骨髓，然后在骨髓中分離出骨髓基質(zhì)干細(xì)胞，經(jīng)過誘導(dǎo)分化，得到骨的“單元”成骨細(xì)胞?！N子細(xì)胞來源曹誼林教授借用豬骨搭出框架，讓小狗的成骨細(xì)胞“攀附”其上，隨著成骨細(xì)胞的逐漸生長，豬骨逐漸被吸收，長成了狗頭蓋骨的形狀?！镏Ъ軜?gòu)建和骨細(xì)胞生長例1:曹誼林第25頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一小狗撞破的腦袋小狗長好的頭蓋骨第26頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一由于人造狗頭骨的原材料取自小狗自身，因此裝上“補丁”的小狗全無排異反應(yīng)，經(jīng)過3個月的生長愈合，狗的顱骨缺損部分被完全修復(fù)了。這塊復(fù)制的2平方厘米見方的狗顱骨，其硬度完全達到了小狗的生理標(biāo)準(zhǔn)。這是中國科學(xué)家首次為高等哺乳動物再造并成功移植的體外骨組織，修復(fù)面之大為世界之最。續(xù):骨組織工程第27頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一曹誼林第28頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一一場車禍造成一男孩顱骨粉碎性骨折，經(jīng)過搶救，雖然保住了生命，但孩子的頭部卻留下巴掌大的顱骨缺損：額頭明顯凹下一塊，甚至可以看到薄薄的一層皮膚下內(nèi)部的腦組織。顱骨缺損的治療可采用自體骨移植，如取肋骨移植，如同“拆東墻補西墻”。這對于任何人來說都是一個不小的創(chuàng)傷。例2:曹誼林-骨組織工程第29頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一另外一種方法是，采用人工材料如鈦合金等進行修補，但這些材料與人體正常的骨組織是截然不同的，有可能發(fā)生排異反應(yīng)，造成手術(shù)失敗。最重要的是其毫無生命力，在體內(nèi)只能作為填充物，無法有正常的生理功能。特別對兒童患者，人工材料不會隨著正常骨組織一起發(fā)育。新的組織工程治療，只用5ml的骨髓，利用自體的細(xì)胞形成新骨，達到真正意義上的生理修復(fù)?！钡?0頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一(三)細(xì)胞體外培養(yǎng)再造膀胱第31頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一例1、哈佛醫(yī)學(xué)院----組織工程培養(yǎng)獵犬膀胱

首先，從獵犬膀胱的外表面獲取平滑肌細(xì)胞，在膀胱內(nèi)表面獲取尿上皮細(xì)胞，在體外培養(yǎng);其次，應(yīng)用多分支的、多孔滲水的聚羥基乙酸聚合體，塑造了一個膀胱形狀的生物支架，第三步，將尿上皮細(xì)胞加到聚合體內(nèi)表面，平滑肌細(xì)胞加到外表面，然后進行無菌培養(yǎng)獲得新膀胱。

通過外科手術(shù)，用新生長成的膀胱分別替代6只小獵犬的正常膀胱。

小獵犬的機體開始用自身的血管供應(yīng)新膀胱，新膀胱和正常的膀胱一樣能容納尿液，并維持正常的膀胱形態(tài)，甚至還接受機體神經(jīng)支配。第32頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一據(jù)《新科學(xué)家》雜志網(wǎng)絡(luò)版2006年4月4日報道，美國北卡羅萊納州維克大學(xué)醫(yī)學(xué)院的安東尼·阿塔拉和其同事將取自病人本身細(xì)胞并在實驗室研制成的膀胱移植到病人的體內(nèi)，首次臨床試驗就獲得了成功。這是第一次體外培養(yǎng)并移植復(fù)雜的人體組織器官。

例2膀胱組織工程第33頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一他們將肌細(xì)胞以及膀胱細(xì)胞放入生物可分解的類似膀胱狀的生物支架內(nèi)，生長大約兩個月的時間。生物支架是由結(jié)構(gòu)蛋白、膠原組織合成，某些情況下還含有多聚羥基乙酸。研究人員通過精細(xì)的手術(shù)將這種新膀胱移植入病人體內(nèi)，對7位年齡在4～19歲之間的病人進行了持續(xù)大約4年的追蹤觀察。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，移植膀胱后，這些病人對排尿的控制能力增強．續(xù):膀胱組織工程第34頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一(四)心臟組織工程中新網(wǎng)2006年6月8日電澳洲科學(xué)家昨天稱，實驗室研究員已培植出跳動的心臟組織。據(jù)香港大公報報道，過去，科學(xué)家只能在實驗室培植出平面的器官組織，例如皮膚，但莫里森稱他們已能培植立體的組織，還有望能培植出整個器官。莫里森第35頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一他們通過顯微外科手術(shù)把一根血管植入一個特殊設(shè)計的心室里，然后把干細(xì)胞放進去，過段時間它們就長成各種組織。該研究機構(gòu)已用這種技術(shù)成功地培育出乳房組織、脂肪、肌肉以及產(chǎn)生胰島素的胰腺組織。

莫里森向記者播放了一段他的研究小組培育的心臟組織的錄像。他說：“這些心臟細(xì)胞實際上正按照它們自己的節(jié)奏跳動著?！钡?6頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一(五)皮膚組織工程

第一個組織工程產(chǎn)品人工皮膚已于1997年3月經(jīng)美國FDA批準(zhǔn)上市。這種產(chǎn)品被稱為“適移植”的活性皮膚，它由新生兒的包皮細(xì)胞培植而成，呈層狀結(jié)構(gòu)，與正常人的皮膚極為相似，能分泌人體皮膚膠