最新组织工程资料讲解

1、组织工程的三要素是什么？基本原理是什么？

三要素：a)种子细胞; b)支架材料; c)生长因子

基本原理：a) 由人体取出细胞；b) 在体外将细胞培养到足够的数量；c) 将这些细胞填入、养在人工支架里；d) 有时需要再加一些化学物或生长因子促进细胞的分化；e) 将此人工组织移植到患者身上。

2、组织工程的生长因子有哪些分泌方式？为什么生长因子需要控制性释放？根据生长因子产生细胞与接受生长因子作用的细胞相互之间的关系，可概括为以下三种模式：（1）内分泌（endocrine），生长因子从细胞分泌出来后，通过血液运输作用于远隔靶细胞。如：血小板源生长因子（PDGF）源于血小板，作用于结缔组织细胞。（2）旁分泌（paracrine），细胞分泌的生长因子作用于邻近的其他类型细胞，对合成、分泌该生长因子的自身细胞不发生作用，因为它缺乏相应受体。（3）自分泌（autocrine），生长因子作用于合成及分泌该生长因子的细胞本身。生长因子以后两种作用方式为主。

生长因子优点诸多，但是也存在很多问题，主要是高扩散性和半衰期短，生物学活性难以长期保存。局部直接应用生长因子可在较短的时间内发挥作用，但在生理环境下很容易使之迅速失活，不产生预期的生理效应。因此，采用控制性释放技术，对生长因子进行保护，使之在有水环境下即能保持活性，又能持续释放或控制释放，是使生长因子得到有效应用的关键。

3、组织工程用支架材料的基本要求是什么？为什么需要多孔结构？

?良好的生物相容性

?良好的生物降解性

?具有三维多孔立体结构

?可加工性和有一定的机械强度

?良好的材料-细胞界面

?良好的消毒性能

合适的孔尺寸、高的孔隙率和相连通的孔形态，以利于大量细胞的种植、细胞和组织的生长、细胞外基质的形成、氧气和营养的传输、代谢物的排泄以及血管和神经的内长入。A

4、组织工程种子细胞的基本要求是什么？

5、组织工程皮肤和骨骼等器官构建路线是什么？所构建的人工器官优缺点各是什么？采用动物实验检测所构建的器官的大概步骤是什么？

6、与组织工程密切相关的两项医学生理学奖的获得者的姓名，时间，发现内容是什么呢？

1986年美国生物化学家斯坦利·科恩(Stanley Co-hen) 和意大利生物学家丽塔·莱维-蒙塔尔奇尼(Rita Levi-Mont.alcini)共同获得诺贝尔生理学或医学奖。他们发现了两种调节细胞发育的生长因子——神经生长因子（NGF）和表皮生长因子（EGF）。

2012年英国的约翰·戈登和日本的山中伸弥共同获得诺贝尔生理学或医学奖。这两位科学家的发现：成熟的、专门的细胞可以重新编程成为未成熟的细胞，并能够发育成人体的所有组织。

1、什么是组织工程学组织工程学是应用生命科学和工程学的原理与方法，研究、开发用于修复、增进或改善人体各种组织或器官损伤后的功能和形态的一门学科。

2、组织工程学的研究最基本思路组织工程研究最基本的思路是在体外分离、培养细胞，将一定量的细胞接种到具有一定空间结构的支架上，通过细胞之间的相互粘附、生长繁殖，形成具有一定结构和功能的组织或器官。

3、与传统修复方式相比，组织工程方法的优势是什么？a) 通过构建结构完整、功能完全、具有生命力的健康活体组织，对病损组织进行形态、结构和功能的全面重建。b) 所形成的组织在体内与机体正常组织整合良好，可对体内各种生物学刺激产生应答，并可永久性替代。c) 以最少量的组织细胞经体外培养扩增后，修复体积较大的组织缺损，达到无损伤和真正意义上的功能重建。d) 可根据组织器官缺损情况，构建相应形态与结构的组织，达到完美的形态修复。

4、可降解组织工程材料分为哪几类？分别列举4种。组织工程材料分为天然生物可降解材料和人工合成生物可降解高分子材料两类。

天然生物可降解材料如：胶原、明胶、糖氨聚糖、壳聚糖、甲壳素、海藻酸盐等。人工合成生物可降解高分子材料如聚乳酸、聚羟基乙酸、聚α-羟基酸、聚酸酐、聚碳酸酯、聚乙二醇等

5、什么是种子细胞？研究种子细胞的目的是什么？种子细胞：应用组织工程的方法再造组织和器官所用的各类细胞统称为种子细胞。研究种子细胞的目的：获取足够数量的接种细胞，同时保持细胞增殖、合成基质等生物功能并防止细胞老化.

6、种子细胞的来源

?与缺损组织细胞同源的自体细胞。

?组织特异干细胞（成体干细胞）：专能干细胞、多能干细胞

?胚胎干细胞

7、干细胞干细胞(stem cell)是指具有无限或较长期的自我更新能力，并能产生至少一种高度分化子代细胞的细胞。

8、成体干细胞

?成体干细胞是存在于分化组织中的未分化细胞，并能分化成该细胞来源组织中的细胞成分。

?成体干细胞大多数时候处于静息状态。

?在特定条件下，成体干细胞或者产生新的干细胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能细胞，从而使组织和器官保持生长和衰退的动态

平衡。

?部分成体干细胞在特定条件下可以转化为其它细胞，如肌肉干细胞在特定条件下可以分化为各种血细胞系，骨髓间充质干细胞可以分化为

软骨细胞等。

9、成体干细胞的优点与不足优点：

?成体干细胞则可从患者自身获得，不存在组织相容性的问题。

?成体干细胞不会诱发畸胎瘤的发生。

?成体干细胞也不存在伦理学争执。

不足：

?尚未从人体的全部组织中分离出成体干细胞 .

?成体干细胞含量极微，很难分离和纯化，且数量随年龄增长而降低

?在一些遗传缺陷疾病中，遗传错误很可能也会出现于病人的干细胞中，这样的干细胞不适于移植

?成人身上获得的干细胞可能没有年轻人的干细胞那样的增殖能力

?由于日常生活中人是暴露在各种环境之下的，日光和毒素等都有可能造成基因突变，成体干细胞可能包含更多的DNA异常等等。10、生长因子(growth factor，GF)是通过细胞间信号传递影响细胞活动的一类多肽因子。它对细胞具有促进或抑制其分裂增殖、迁移和基因表达的作用。生长因子优点诸多，但是也存在很多问题，主要是高扩散性和半衰期短，生物学活性难以长期保存。所以需要对其进行控制性释放。根据生长因子产生细胞与接受生长因子作用的细胞相互之间的关系，可概括为以下三种模式：（1）内分泌，（2）旁分泌（paracrine），（3）自分泌（autocrine）。根据产生生物学效应的范围大小分类分为广谱生长因子和窄谱生长因子。

11、各组织工程器官的构建路线，所构建的产品的优缺点（见PPT）

骨组织工程的构建路线

1）种子细胞的培养成骨细胞是骨组织工程的关键细胞，成骨细胞增殖能力强。有很强的成骨能力，植入体内能较快形成新骨代替支架材料。成骨细胞的组织来源有骨髓、骨膜、颅顶骨、髂骨等松质骨。不同来源成骨细胞的培养方法：骨髓基质干细胞的培养采用穿刺抽吸骨髓或去除骨端冲洗出骨髓，离心后去细胞进行培养。骨膜和松质骨的来源的城固细胞：组织块培养法、酶消化培养法。

2）骨组织工程的支架材料选择

理想的骨组织工程材料：

良好的生物相容性

良好的生物降解性，材料最终为受区的骨组织完全替代

易加工成形，并具有一定的强度，移植后能保持原状

材料表面易于细胞粘附且不影响其增殖分化

3）骨修复中多种生长因子

1. 血管内皮细胞生长因子

2. 肿瘤坏死因子

3. 白细胞介素-1,

4.骨形态发生蛋白BMP

5.转移生长因子TGF

6.碱性成纤维细胞生长因子bFGF

7.血小板源性生长因子PDGF

8.类胰岛素生长因子

9.表皮生长因子

构建组织功臣化人工骨时，如何实现人工骨的体内血管化得关键技术之一。

4）理想的组织工程化人工骨特点

包括无机和有机成分，力学性能类似于自然骨，同时可为成骨细胞提供最佳的胞外基质；

含有成骨细胞、血管内皮细胞的复合细胞成分，植入体内时成骨和血管化能够同步、快速完成；

通过合理使用生长因子和构建三维力学环境，对成骨和破骨进行正负调控。

软骨组织工程的构建路线

软骨组织工程细胞培养

1）软骨组织工程所用的种子细胞的来源：

软骨细胞（自体软骨细胞移植：提取健康细胞，培养，植入缺损处）

骨膜或软骨膜细胞

骨髓来源基质干细胞

肌肉来源干细胞

脂肪来源干细胞

脐带来源干细胞

基因修饰的组织工程软骨种子细胞

胚胎干细胞

软骨组织工程细胞培养方法：

软骨细胞体外培养

软骨细胞的三维培养与微载体培养

负荷对软骨细胞的影响

软骨细胞的离心管培养

2）软骨组织工程支架材料的选择：

天然生物材料——纤维蛋白、胶原蛋白等加工而成的凝胶或海绵三维支架，细胞生长，代谢良好，能产生足够的基质，形成软骨组织。但性能不稳定。

合成生物材料——聚酯类PGA和PLA，及PGA及PLA的聚合物。含可水解的脂键，可以通过水解降解吸收。降解率可控制。

凝胶、多孔海绵、纤维织物是目前广泛使用的支架材料

软骨组织工程支架采用多孔三维支架结构，孔隙率和孔径是三维多孔结构重要参数。

软骨细胞与支架材料的优化组合培养——

软骨细胞接种数量与三维支架的不同比例对组织工程化软骨形成的质量极为重要。

3）软骨修复中多种生长因子

诱导软骨细胞分化的生长因子： TGF-β、 BMP-2、成骨素，

促进软骨细胞增殖的生长因子：IGF、 TGF-β、PDGF、bFGF和EGF，IL-1和TNF-α，

生长因子对软骨基质代谢的调节： IL-1、TNF-α、IGF-1、 PDGF、bFGF与IGF-1，4)软骨组织工程的特点：

恢复了表型

细胞不易流失

操作简单

减少自体骨膜的手术创伤

防止骨膜移植引起的过度增生和分层

血管组织工程的构建路线

1）种子细胞的来源：内皮细胞平滑肌细胞胚胎干细胞内皮祖细胞骨髓间充质干细胞2）血管组织工程的支架材料：

天然材料人工合成材料复合材料天然生物降解材料是指来源于动植物或人体内天然存在的可生物降解的大分子。应用于组织工程血管研究的天然生物材料包括甲壳素，葡聚糖明胶，胶原蛋白，弹性蛋白，多聚氨基酸，多肽，透明质酸及复合物，某些组织的脱细胞基质等。。脱细胞基质支架材料动物体内多种纤维组织，内脏平滑肌器官，小肠粘膜下层。血管组织工程应用的人工合成可降解材料有聚羟基乙酸PGA，聚乳酸PLA，聚L乳酸PLLA及上述材料的共聚物PLGA，聚羟基烷酸酯PHA，聚4羟基丁酸P2HB等。其中作为血管支架材料应用最多的是PGA和PLGA

人工血管：直径18～24 mm 的人工血管直径16～20mm*8 mm Y 型人工血管

直径6～10 mm 的人工血管几种新型人工血管：碳涂层血管袖状血管弹簧圈血管支架冠脉支架肾动脉支架脑血管支架大动脉血管支架3）组织工程化血管的构建应满足：高度的组织相容性

无移植排斥反应，不会形成血栓，具有潜在自愈能力，能被宿主改造

皮肤组织工程构建路线皮肤组织工程培养方法：

创造出一种三维生长支架，将由基体分离出的表皮细胞或成纤维细胞进行体外复合培养，形成人工再生的真皮等同物，移植于需要修复、重建的皮肤病损处。1）皮肤组织工程种子细胞的来源：

1.角质细胞

2.皮肤干细胞：表皮干细胞、毛囊干细胞（HFC）。HFC在实现毛发再生、皮

脂腺更替及促进皮肤损伤的修复方面有重大意义。

3.胚胎干细胞

4.骨髓间充质干细胞

5.成纤维细胞

2）皮肤组织工程的支架材料：

1.天然可降解材料：胶原海绵、胶原凝胶、壳聚糖、透明质酸、明胶、海藻酸

盐等

2.生物高分子材料：可降解的PLA、不可降解的尼龙网、脱细胞基质、胶原

蛋白基质网架、、胶原凝胶支架等

3）皮肤组织工程构建特点：

1. 外层膜是半渗透性，提供比正常皮肤稍强的透水、透气性，有利于药物局部渗

透及减少积液，另一方面接近表皮的屏障功能。

2. 内层的亲水性胶原基质有利于创面内细胞长入及血管化

3.创面移植后可有较轻的炎症反应，其覆盖创面可完全粘附数周而不产生排斥

作用

4.为非降解性材料，使用中有过敏反应、局部积液及感染问题

5.硅酮膜和尼龙无抗原性，猪胶原多肽也不引起排斥反应

6.呈柔软的透明薄垫状，适于关节活动及形状不规则部位，并有利于观察创面

7.物理化学性能稳定，易于室温下较长期保存

神经组织工程的构建路线

（一）。周围神经缺损的修复材料

1. 自体神经移植

2. 同种异体神经移植

3. 自体非神经材料：静脉、骨骼肌

4. 人工合成材料：硅胶管、PLA、PGA、胶原等

（二）周围神经组织的种子细胞与移植

血旺细胞在周围组织神经再生中起着重要作用，神经受损后血旺细胞分裂、增殖形成Bungner带。引起轴突枝芽生长，分泌NGF等神经营养因子，各种ECM细胞外基质分子和N-CAM细胞粘附分子，对再生神经纤维起调控作用，并形成髓鞘。神经缺损的修复材料中植入雪旺细胞后，修复效果大为改善。

组织化神经的构建

（三）神经生长因子：NGF微囊

（四）神经组织工程的构建原则

1.包含三维纵向排列的雪旺细胞链

2.移植的血旺细胞必须处于诱导神经再生的功能状体

3.构造合理，以利于细胞移植成活、扩增、功能发挥及移植时的操作

4.含有对再生神经轴突趋向诱导成分，保证轴突长入正确的通道

5.人工载体材料对细胞应有很强的亲和力，且对细胞及机体无毒性

泵结构和工作原理动态图

1、活塞泵

基本原理

借活塞在汽缸内的往复作用使缸内容积反复变化，以吸入和排出流体。2、往复泵

工作原理

利用偏心轴的转动通过连杆装置带动活塞的运动，将轴的圆周转动转化为活塞的往复运动。活塞不断往复运动，泵的吸水与压水过程就连续不断地交替进行。

特殊结构