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1、1,再生（regeneration）有生理性和病理性两种。生理性再生是指在生理过程中，一些细胞、组织不断老化、消耗、由新生的同种细胞不断补充，始终保持原有的结构和功能，如消化道上皮约12天就更新一次，嗜中性粒细胞只存活12天，子宫内膜周期性脱落，表皮角化细胞不断脱落，基底层细胞不断增生等；病理性再生是指病理状态下细胞、组织缺损后发生的再生。 再生医学研究的对象是病理性再生。,2,再生医学（regenerative medicine，RM）原先指体内组织再生的理论、技术和外科操作；现在，它的内涵已不断扩大，包括：,组织工程,细胞和细胞因子治疗,基因治疗,3,组织工程,4,组织工程最初是用来描述组
2、织体外构建的有关理论和技术；现在，它的内涵也在不断扩大，凡是能引导组织再生的各种方法和技术均被列入到组织工程范畴内，如干细胞治疗、细胞因子和基因治疗，并已广泛用于体内组织再生和体外的组织重建。,5,国际再生医学基金会（International Foundation Regenerative Medicine，IFRM）明确把组织工程定为再生医学的分支学科（sub-discipline）但很多情况下，两者常混用。,6,再生医学有很悠久的历史，组织工程学的出现，使得再生医学进入了一个新时代。 组织工程被认为是继细胞生物学和分子生物学之后，生命科学发展史上又一新的里程碑，也是一场意义深远的医学革命
3、。,7,第一位提出“组织工程学”这一术语的是美藉华裔学者冯元祯（Y.C. Feng）教授。1987年美国国家科学基金会根据冯教授的建议，正式采用“组织工程学”这一术语来描述这一新兴的领域，并正式建立了这门新学科。,8,9,从外科学的发展历程来看，先后经历了三个“R”阶段，即切除（Resection）、修补（Repair）和替代（Replacement）。组织工程学的出现，意味着外科学已进入“再生医学”（Regenerative Medicine）的新阶段，是第4个“R”。,10,切除 Resection,修补 Repair,替代 Replacement,再生 Regeneration,11,2
4、0多年来组织工程经历了两个阶段：前10年主要是证实利用细胞和生物材料构建组织的可行性；后10多年（20世纪90年代初至今），在研究内容、手段、临床试用等方面都有很大的发展，主要进展如下。,12,构建组织不再局限于以裸鼠为代表的免疫缺陷型动物模型，而是更多采用与人体结构相近的具有免疫功能的大型哺乳动物模型。 目前，组织工程化骨、软骨、皮肤、肌腱等组织已在猪、羊和犬等大型动物中成功构建，并修复了相应的组织缺陷。,【动物模型】,13,不再局限于细胞生物学和动物实验技术，新技术如分子生物学技术、基因克隆技术、转基因技术、移植免疫学技术、干细胞技术、遗传工程技术、生物材料合成与改良技术、生物材料的编织技
5、术、生物力学技术、三维打印技术、影像学技术和生物反应器技术等均用于组织工程研究，从而提高了研究水平，加快了研究速度。,【研究手段】,14,种子细胞在体外培养扩增，但随着培养时间的延长，许多细胞会失去重要的表型特征。细胞生物学的发展使得培养条件能有利于细胞增殖，同时保留其表型特点，或是在扩增后恢复其已失去表型的基因表达。,【种子细胞表型特征的保存】,15,已由同一种组织构建的种子细胞扩展至其他组织的细胞。例如构建骨组织的种子细胞可用骨髓间充质干细胞来代替成骨细胞；构建肌腱组织可用皮肤成纤维细胞来代替肌腱细胞。 随着免疫学的发展，今后有可能创造出通用型种子细胞。,【种子细胞来源】,16,对支架材料
6、的要求应有微孔结构，所需的孔径、孔隙率及微孔分布与走向应随组织不同而变化。 支架材料的化学组成对细胞的附着和浸入的细胞表型表达会产生影响。,【支架材料】,17,支架材料在体内组织再生过程中有以下作用,在结构上加强缺损部位的强度； 阻止周围组织长入； 作为体外接种的细胞在体内扩增和增殖的支架； 利用与细胞整合素以及受体的相互作用，作为一种可溶的细胞功能调节因子； 作为细胞、生长因子和基因的生物载体。,18,在支架材料的选择上，不仅用传统的单纯高分子可降解聚合物，而且也发展到用纯天然的脱细胞基质材料，或采用多孔可吸收的高分子人工合成材料与天然细胞外基质分子复合的新型材料，如合成的多聚物和钙磷材料，
7、后者有可能成为未来组织工程的主导材料。,19,在体外，通过模拟体内环境可以构建出多种不同的组织化工程组织，如皮肤、软骨组织等。其中，灌注型生物反应器（利用动物体表达外源性基因）的应用起到关键作用。,【体外构建组织】,20,20世纪90年代，美国FDA已批准组织工程皮肤及自体软骨细胞移植修复关节软骨部分缺损用于临床，并已产业化生产。另有一些产品进入临床试用或临床前研究阶段，预计2010年前会有更多的产品上市。,【临床应用】,21,我国的组织工程研究,22,我国的组织工程得到了国家有关部门的大力支持。20世纪90年代已有不少单位开展了组织工程的研究。1999年把“组织工程的基本科学问题”列入国家重
8、点基础研究发展规划（“973”）项目，首席科学家为曹谊林教授 。,23,先后出版了组织工程：基础与临床（杨志明主编，四川科技出版社，2000年，51万字）；组织工程（杨志明主编，化学工业出版社，2002年，56.3万字）；组织工程学：理论与实践（曹谊林主编，上海科技出版社，2004年，57万字）等专著，举办了多次专业会议，学术气氛十分活跃。,24,国外仍主要集中在体外的研究，而我国可用大动物模型构建各种组织工程化组织，这方面的研究水平处于国际领先地位。,25,在临床应用方面，国内成都华西医院杨志明教授领导的组织工程实验室运用组织工程已成功修复重建骨缺损、肌腱、韧带，治疗肌病，大多取得了不同程度
9、的满意效果。,26,一项863课题：“组织工程皮肤”近期已通过国家食品药品监督管理局（SFDA）规定的临床试验，现已完成160例皮肤移植的实验，全部获得成功，其产品质量已达国际先进水平，与美国Organogenesis公司产品比，成本更低（1/6），保存时间更长（美国：1周；中国：3个月），治愈能力更强。,27,组织工程需要研究的 科学问题,28,自体细胞 研究自体细胞简易培养、扩增技术，使其能在短时间内获得足够数量和功能很强的种子细胞，并能降低成本，则临床应用价值会更大。,种子细胞,29,同种异体细胞 经基因改造，建立无瘤倾向的标准细胞系才能进行产业化生产。 要保证临床应用的安全性，其致瘤性
10、、遗传物质的改变等应做出长期评价。,30,胚胎干细胞（ESC） 要研究形成组织的微环境及条件；定向分化功能细胞的条件及调控；形成组织的功能状态及最后结局；应用后的社会伦理等。,异种细胞 目前研究较多的是猪，必须解决排斥反应问题。,31,快速扩增细胞的形态、功能检测 要确认经快速扩增后仍能保持原代细胞的形态和功能时才能用于构建组织工程产品。,细胞培养技术,32,支架材料,理想的支架材料应具备以下特点：,生物相容性好； 可降解，其降解产物对人体无害； 有一定力学强度； 可塑形； 材料降解速度与细胞的功能发挥尽可能相匹配； 材料本身具有引导或诱导组织再生的能力。,33,目前所有支架均不完全具备上述要
11、求，因此不仅要研究单一成分材料，更要研究复合材料及生物衍生材料。经去脂，去细胞、去抗原处理后，可能成为较好的细胞外基质用于临床。,34,检测及评价,美国FDA批准用于临床的组织工程皮肤已有检测方法及评定标准。因不同组织采用的种子细胞和支架材料不同，检测方法及评定标准也不同。我国应制定自己的标准，作为今后制定国际标准的基础。,35,干细胞研究,36,我国有关干细胞的研究也十分活跃，国家科技部于2001年批准19项“973”项目，其中有两项为干细胞研究，一项是“胚胎生殖嵴干细胞的分化与组织干细胞的可塑性研究”，首席科学家为北大干细胞中心李凌松教授；另一项是“干细胞的基础研究与临床应用”，首席科学家
12、为上海第二医科大学的盛惠珍教授。在同一年度、同一领域批准两项“973”项目，以往从未有过。,37,近期，国内又出版了许多专著（如2003年科学出版社出版的干细胞生物学，裴雪涛主编，71.2万字），召开过多次学术会议，并已在血液病等疾病治疗上发挥了重要作用。,38,干细胞在生命科学的基础研究与临床应用中起着越来越重要的作用，干细胞在细胞治疗、组织器官修复、发育生物学、药物学等领域有着广阔的应用前景。,39,作为细胞治疗与组织器官替代治疗的种子细胞 如骨髓间充质干细胞在体内外能分化为肌肉细胞和神经细胞（？），为治疗肌萎缩、脑萎缩、帕金森病等退行性疾病带来希望。,40,探讨胚胎发育的调控机制 生命最
13、大的奥秘就是探讨一个受精卵如何发育成复杂的生命体，受精卵进入子宫后无法接近，因而人胚胎干细胞系的建立将有助于了解胚胎发育工程中不同时空的分化细胞间基因表达的差异，以及胚胎发育与分化的分子机制。,41,作为疾病基因治疗的载体 骨髓间充质干细胞易于外源性基因的导入和表达，可作为一种理想的基因治疗靶细胞。,42,利用胚胎干细胞体外整合外源性基因，研究基因功能；利用胚胎干细胞与基因定位整合技术，可将一些在发育过程中特定的基因敲除，进行基因缺乏的研究。,43,药物筛选平台的建立、药理研究与新药开发 干细胞经体外诱导，可用于药物筛选、鉴定，并有助于人类疾病细胞模型的建立及新药开发。,44,QUESTION
14、S,?,干细胞研究中未解决的 科学问题,45,维持胚胎干细胞未分化状态的机制； 干细胞定向诱导分化的调控机制； 获得大量和高浓度的分化细胞，为组织工程提供种子细胞； 是否具有形成复杂器官的能力；,46,用干细胞作替代治疗的移植排斥问题； 临床应用的安全性； “归巢”（homing，游离干细胞定向迁移过程）的调控机制； 相关的伦理和社会学问题； 成体干细胞可塑性机制； 干细胞治疗前景。,47,上世纪90年代后期，Nature，Science等杂志报道，脏器中特异性的祖细胞（progenitor）和干细胞可发生跨系和跨胚层的转分化或横向分化（transdifferentiation），,成体干细胞
15、的可塑性,48,间胚层组织类型干细胞转分化为同胚层另一组织类型细胞,间胚层组织类型干细胞转分化为内胚层组织类型细胞,间胚层组织类型干细胞转分化为外胚层组织类型细胞,由此认为，成体干细胞有较大的可塑性。,49,研究还表明，骨髓来源的干细胞在特定环境中可向肝脏、胰腺、肌肉及神经细胞分化；肌肉、神经干细胞也可向造血细胞分化。,50,造血干细胞（hematopoietic stem cell, HSC）既可分化为成熟的造血细胞，也可分化为成熟的皮肤表皮细胞、肺和胃肠道细胞。 Krause. Cell. 2001,105:369-377,51,但是，不少学者对干细胞跨系、跨胚层的分化提出了质疑，甚至完全
16、否定。Orkin将成体干细胞转分化实验称之为“干细胞炼金术”（stem cell alchemy），认为我们所面临的许多生物现象尚难以解释，更多的是“像是”而非真实（more apparent than real）。 Orkin SH. Nat. Med. 2000,6:1212-1213,52, “跨胚层干细胞”是否就是典型的组织特异的干细胞？ 这些细胞的发育分化潜能是否接近于胚胎干细胞的一些亚群的干细胞？ 成体干细胞在体外培养过程中因环境因素的改变可能会表现出一定的可塑性，但在体内是否也能同样的特性？,问 题：, Chaudry. Bio Teach.,53,推断：可能有一些较为原始的、有多种分化潜能的干细胞存留于许多组织中，与更具有组织特性的干细胞并存，而这些细胞正是成体组织内严格谱系干细胞的基础，或是在发育过程中移至此处的一种有多种分化潜能和完全“独立历史”的细胞。 Weissman IL. Stem cell. 2000,100:157-168,54
