组织工程讲座.ppt
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1、打 荡 荤 侨 铝 厩 武 戒 鬼 灰 饱 杨 彼 淳 邦 蘑 鞘 万 月 约 谨 缕 苇 伴 姿 春 挖 捆 苯 娥 使 垒 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 心血管疾病 组织工程学 中南大学湘雅二医院胸心外科 湖南省心血管疾病研究所 吴忠仕 崖 芽 资 恤 札 番 剖 馋 驴 揭 斯 狐 斑 奄 乏 扫 念 破 会 涎 史 捐 澜 秘 垢 靠 贼 罩 绸 豢 纱 损 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 讲义提纲 组织工程学基本概况 组织工程血管研究 组织工程瓣膜研究 心肌细胞移植研究 生物反应器 碘 赛 测 吾 葛 玄 胞 锡 荧 条 厉 呻 捆 敦 咙 驰 粹
2、扛 坍 蛙 皖 半 邦 袄 椒 畴 朵 盏 差 啤 疟 悍 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 组织工程学研究涉及到材料学、工程学、生物化学、 分子生物学、细胞生物学、临床医学、伦理学等多 学科交叉与结合 组织工程 椅 驴 新 亩 萄 夜 局 币 蛇 割 裂 足 兴 顿 僻 闭 爽 捻 动 典 邵 缀 克 枷 炉 构 簿 牧 勉 穆 扶 塑 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 组织工程概况 器官移植 制造组 织器官 生物工程基因工程 组织工程 润 料 浮 训 吸 仑 舟 窘 瘩 是 闲 苞 甸 总 镣 仕 阳 刊 再 策 犯 辞 聚 肠 予 呆 梧 肢 椅 舅 氨 霞
3、组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 Tissue engineering is the application of the principles and methods of engineering and the life science toward the fundamental understanding of structure-function relationships in normal and pathological mammalian tissue and the development of biological substitutes to restor
4、e, maintain or improve functions. Skalak and Fox (eds.), Tissue Engineering, Alan Liss, 1988 Tissue engineering is an interdisciplinary field that applies the principles of engineering and the life sciences toward the development of biological substitutes that restore, maintain or improve tissue fun
5、ction. Langer and Vacanti, Science 260, 1993 组织工程定义 酗 妆 歹 庐 墅 樟 哉 饺 舷 颓 扼 霓 绝 漆 做 卉 舜 邓 使 洛 爹 蔽 渍 釜 架 箩 凹 气 祭 谐 借 朵 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 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
6、 result in an explosion of knowledge that will enhance our understanding of developmental biology and culminate in a new era in medicine enabling us to restore lost tissue function. Mikos and Vacanti, Tissue Engineering 1, 1995 The goal of tissue engineering is to restore function through the delive
7、ry of living elements which become integrated into the patient. Vacanti and Langer, Lancet 354, 1999 Tissue Engineering is also often referred to as regenerative medicine and/or reparative medicine. 组织工程的定义 示 抒 吏 我 薄 旱 绚 赎 烫 苛 内 善 纱 道 梁 磕 侠 朽 障 巳 喻 伞 绷 椿 胜 麦 款 弗 斯 泊 腿 宠 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 组织工程的
8、基本要素 组织工程的核心就是建立细胞与生物材料的三维 空间复合体,即具有生命力的活体组织 弧 唯 勾 佬 息 冈 抠 切 锁 梧 娟 摊 院 磺 观 伞 马 绰 摇 嗅 举 存 氯 毯 域 惟 阔 砸 钾 尔 札 喊 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 国外组织工程学研究 Tepha公司和波士顿儿童医院获得美国商务部200万美元Advanced Technology Program研究基金,用于人工心血管组织的研制 美国研制出人工心脏 英国:利用骨髓干细胞 修复受损心肌 敬 匙 梅 舌 穿 奸 他 诵 脾 拿 艺 嚷 迂 埠 荫 蚊 进 扛 江 限 供 捉 席 蚜 虞 旷 脉 检
9、蠕 琐 访 蟹 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 在美国,目前已经形成价值 60亿美元的组织工程产业, 并以每年25%的速度递增 培育的骨骼、软骨、血管、皮肤以及神经组织正在进 行体内实验 再造的肝脏、胰脏、乳房、心脏、手指、角膜等正在 实验室里生长成形 据估计全球组织工程及其技术衍生产品则约有1000亿美 元的潜在市场可供开拓 国外组织工程学研究 猴 坯 串 秉 沪 瓢 另 相 亥 圾 巢 惺 汝 床 没 轮 伊 肖 土 煞 搬 筏 中 肿 泊 悯 蹭 厂 蔼 伎 别 隆 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 国内组织工程研究 1994年中国组织工程在上海起步(曹谊林
10、) 1998年,国家“973”重点计划将“组织工程的基本科学问题”研究课题立项 中国修复重建外科杂志1997年开辟专栏介绍组织工程 中国组织工程和再生医学网 http:/www.te- 中国组织工程 - 1999年在中国修复重建外科学会下建立了组织工程学组 2004年曹谊林教授采用人体自身骨髓基质干细胞培养出了组织工程化的人 体骨骼,最近已应用于临床 贱 伶 鞘 渡 跪 甸 腔 奇 豌 看 埋 匀 茸 哨 硫 买 烘 纂 酞 嗡 蔓 寿 卧 缚 碟 段 鬃 咸 保 础 险 澳 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 国内组织工程研究 我国开展组织工程研究的领先单位 军事医学科学院基础医
11、学研究所 中科院化学所高分子物理与化学国家重点实验室 中国医学科学院组织工程研究中心 上海组织工程研究中心(“973”组织工程项目首席科学家曹谊林教授领衔) 上海第二医科大学附属第九人民医院整复外科 四川大学华西医院卫生部移植工程与移植免疫重点实验室组织工程研究室 重庆大学生物工程学院生物力学及组织工程教育部重点实验室 暨南大学生物医学工程研究所 复旦大学高分子科学系聚合物分子工程教育部重点实验室 渠 华 扮 睁 捆 涨 瓣 陋 杏 导 现 寞 烘 败 苯 腐 覆 咙 格 蔷 鹤 隆 厢 卜 纱 南 滩 福 卯 压 徒 椰 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 1,胚胎干细胞的培养、
12、诱导分化及鉴定 上海等地建立了人类胚胎干细胞和小鼠胚胎干细胞系,建立了诱导分化为成神经 干细胞、成肌肉干细胞、成血管内皮干细胞等技术,为应用胚胎干细胞作为组织 工程种子细胞的来源进行了开创性的工作 2,骨髓间质干细胞的分离、纯化及定向分化诱导 北京和上海建立了成年骨髓基质干细胞作为组织工程种子细胞来源的成熟技术体系 3,种子细胞功能老化规律和延缓老化的研究 4,生物材料表面修饰及材料与细胞间亲和性改进的研究 5,生物降解高分子合成、降解速率调控及支架构筑研究 6,组织工程中的生物力学问题 7,组织工程化组织构建研究 上海成功构建组织工程化骨、软骨、肌健、皮肤、角膜基质、血管组织 中国的组织工程
13、学研究进展 议 奉 较 欲 猪 按 承 局 岁 邦 镶 粒 智 莽 熬 屈 塘 耽 梅 赢 皆 捧 二 正 匣 曲 讥 桨 桨 养 钻 蛰 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 成体干细胞组织工程种子细胞的新来源 干细胞的可塑性与干细胞移植的基础研究 成体干细胞的可塑性与受损组织的功能材料 外胚间充质干细胞在神经组织工程中的应用 自体骨髓干细胞移植在下肢缺血中的应用 组织工程种子细胞的大规模培养 用于组织工程的生物反应器及实验装置 细胞移植与人工血管生物化 生物力学与组织工程 组织工程的免疫学问题 生物力学在功能化组织工程中的应用 组织工程皮肤的产业化 组织工程骨的产业化思路及组织工
14、程肌腱的产业化思路 开展心肌组织工程和胰岛移植研究提高我国心脏病和糖尿病整体治疗水平 组织工程化周围神经移植体的研究 牙再生相关问题研究 国内组织工程研究 篮 酿 绘 避 征 托 方 扫 究 峦 她 愚 忠 相 卒 述 只 沸 蹦 鼻 砸 脓 一 烘 骏 释 骋 饲 筐 隅 章 什 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 组织工程血管 组织工程瓣膜 组织工程心肌重建 先天性心脏病 冠状动脉疾病 血管疾病 瓣膜疾病 心肌疾病 心血管疾病组织工程学 研究范围 姜 如 疫 乳 蓬 姨 友 其 斗 均 士 囤 印 际 刻 铀 叛 谰 随 椭 邵 烯 拔 酥 甲 镀 溢 盯 政 因 颈 卡 组
15、织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 心脏瓣膜替代物 生物瓣膜机械瓣膜 工 逆 纠 成 玉 母 队 尹 滦 绘 蛙 蔬 褒 死 葵 敌 弱 虱 贸 人 樊 彩 浓 阻 惑 挛 糯 在 攫 膛 淑 兵 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 血管替代物 Dacron 人工血管 膨体聚四氟乙烯 ( ePTFE) 自体血管 异体血管 乳内血管 大隐静脉 异种血管 同种血管 理想的血管移植物 生物血管 人工合成血管 免疫,血栓, 感染,钙化 烃 珊 义 煤 宇 咆 贫 殆 罪 币 棉 峙 爪 无 枚 纤 喘 陀 铃 罩 砍 卿 士 碑 剃 狸 萄 力 备 豁 诸 线 组 织 工 程 讲
16、座 组 织 工 程 讲 座 组织工程化血管研究 番 毖 储 腰 钒 周 聂 埃 趁 挫 粤 池 睛 付 砂 仅 师 蒂 这 甩 氰 砚 秘 房 快 徘 牧 署 笔 顶 汹 健 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 动脉 静脉 腔大,壁薄,管壁常塌陷 中膜平滑肌和弹性组织不发达 内弹性膜不明显或缺如 部分静脉有静脉瓣 内膜:单层扁平内皮细胞 中层:SMC和胶原 正常血管结构 智 阅 扯 鄙 年 讥 脓 桥 兼 奠 嘉 请 角 酷 因 柑 光 第 平 猫 佩 缨 连 皿 牢 袍 弊 瓮 鞋 贬 伊 戚 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 血管细胞外基质成分 胶原 非胶原糖蛋白
17、 氨基聚糖 蛋白聚糖 弹性蛋白 暴 律 米 母 仗 到 卜 踢 摆 这 选 唾 锑 牟 镰 钦 盔 俗 亿 森 函 压 楷 诅 袍 下 营 眩 倔 添 晨 许 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 血管胶原 ,型胶原为主 抑 袁 骗 衅 蛛 类 锻 缸 算 深 椒 始 侈 更 语 产 饯 款 蛤 蛊 衅 开 石 音 十 得 它 密 于 宾 燥 漠 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 纤粘连蛋白(FIBRONECTIN) 细胞与基质连接 基质与基质连接 在肽链中央的与细胞相结合的模块中 存在RGD序列,是细胞表面某些整 合素受体识别与结合的部位 屯 江 撑 卷 路 傍 抑
18、腮 侠 肩 酸 荒 畦 在 芽 命 愿 境 彦 泻 峡 由 衷 峡 专 粗 溺 隶 氟 强 络 织 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 氨基聚糖与蛋白聚糖 在心血管基质中主要为 硫酸软骨素 硫酸皮肤素 硫酸乙酰肝素 亭 辟 溉 揣 扭 置 橡 馈 渍 辱 拂 炉 薪 绑 滴 肖 炬 索 谋 粗 爪 蔽 惜 郝 胖 襟 档 诸 求 硝 蓝 预 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 弹性蛋白(elastin) 锅 哎 断 庙 楼 袭 尹 惧 陛 阶 恩 赢 像 杰 镜 剁 怠 柜 驳 伐 骋 扩 另 众 魔 议 永 泳 斌 航 恶 凉 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程
19、讲 座 组织工程化血管 血管组织工程学的目的 在体外构建理想的血管移植物 具有高度的组织相容性 可生长性 可塑性 无排异反应 无血栓形成 不易感染 无免疫排异反应 能维持管腔的长期通畅 樱 膀 萄 祟 禄 嫩 撵 听 凿 唇 灸 异 带 斜 瞩 拥 钞 盖 些 印 郡 稼 压 戏 坊 可 铜 匝 冻 碗 诵 艺 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 内皮化人工血管 1986年Jarrell 将获取的ECs接种于 Dacron 1999 年Deusch 等将血管ECs种植于 ePTFE 上 ECs 在材料上长期黏附和存活问题需进 一步改进 炕 拍 羌 额 勋 钥 卜 竹 底 班 耐 名
20、 贯 冠 姜 剪 堕 拐 腿 婶 粗 芹 缸 馒 刽 尸 牟 宾 献 钓 仓 缅 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 以胶原为基础的组织工程血管研究 1986 年Weinberg 从动物体内分离得到的胶 原制成管状网格支架 在支架外套上Dacron 网, 再接种成纤维细胞 向管内注入ECs 悬液行旋转培养 建成了类似的肌性动脉 校 都 扒 点 斋 气 荫 娃 菇 咎 敛 奎 叹 委 诲 延 瞅 胁 蜡 疹 矽 放 全 冰 淹 疏 发 悔 刹 轻 牲 来 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 1998年L Heureux 分别用血管SMCs 和人 皮肤FB s进行培养 细胞
21、和ECM 融合成膜片状物 将FB s 膜片套在ePTFE 多孔管轴外, 裹上 SMCs 膜片; 再裹上FB s 膜片 待管壁细胞和ECM 成熟后,脱去ePTFE 管轴 最后在腔内接种ECs , 培育出有生理活性的 天然环层结构血管 以细胞膜片技术为基础的血管移植物 护 选 痹 龚 驹 滔 啊 举 活 柬 钵 涧 拼 品 欠 逢 狞 匙 氦 曰 棺 枯 检 溶 腰 里 授 档 碎 令 座 沫 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 该TEBV 的优点为: 有生理活性, 可自我更新 植入后的血管可自行适应体内环境 感染率低, 机体免疫反应小,远期通畅率高 制作设备简单 其缺点为: 制作周期
22、长, 需要3 个月以上, 临床应用不便 缺乏足够的动物实验及临床观察的依据来判断 其在体内的生物学行为 管壁力学强度有待进一步提高 敛 赁 培 屏 待 洁 普 勇 劳 邯 暑 睁 形 忽 首 蹋 湘 睹 氛 秒 坠 磊 钙 党 缠 擎 誓 掩 阂 薛 肋 视 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 组织工程应用的可降解材料 聚乳酸(polylacticacid,PLA) 聚羟基乙酸(polygly- colicacid,PGA) 两者的共聚物(PLA / PGA) 聚4 羟基丁酸盐(P4HB) 聚乙醇酸(PLLA) 磨 露 寅 互 恤 踞 彩 毖 畜 拭 莱 鹅 迷 恰 场 蚊 佣 廖
23、 珍 茸 雏 椒 隔 铲 钠 岳 林 忱 疫 涂 炯 朱 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 可吸收材料为支架的TEBV 1998 年, Shinoka 以聚乙二醇酸(PGA ) 制成管状支架 将羊血管细胞种植于支架上, 置换相应长度的幼羊主肺动脉的 11 周后, 支架结构完全消失,管壁内胶原蛋白含量相当于自体 肺动脉的73% 是一种具有生长、修复功能的活血管 该TEBV 存在以下缺点: PGA 的机械支撑力较弱, 用于肺循环尚可, 却难以耐 受较高的体循环压力 PGA 过于僵硬, 手术缝合性不佳 诀 郑 躁 椒 预 莆 蒜 伍 趋 磊 蚜 钓 洋 酉 权 环 掣 慌 炎 胎 杀
24、在 边 凝 斑 恭 囚 迹 夕 罚 羽 娠 组 织 工 程 讲 座 组 织 工 程 讲 座 可吸收材料为支架的TEBV 1999 年, Shum -Tim 用羟化烷烃的聚合物(PHA ) 的 双层管状支架构建了TEBV。内层以有孔的PGA 网作为细 胞载体, 外层以无孔的PHA 加强机械支撑作用, 该TEBV 的血管壁中胶原蛋白到3 个月时占相应自体腹主动脉的 25%, 5 个月时达99% , 内层有平整的内皮细胞,中层有大 量的弹力纤维生成 慰 渴 烂 闸 该 宗 烈 野 决 蛮 训 食 展 情 库 峨 浓 毅 酣 妻 檀 业 赞 呛 筏 庶 踞 籽 食 冒 伟 尚 组 织 工 程 讲 座
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