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1、干细胞与组织工程干细胞与组织工程黄黄黄黄 辰辰辰辰生物医学基础研究中心生物医学基础研究中心生物医学基础研究中心生物医学基础研究中心遗传学与分子生物学系遗传学与分子生物学系遗传学与分子生物学系遗传学与分子生物学系1干细胞生物学干细胞生物学 Stem cells-cells that have the ability to divide Stem cells-cells that have the ability to divide for indefinite periods and to give rise to specialized for indefinite periods and t
2、o give rise to specialized cells.cells. Stem cells have two important characteristics that Stem cells have two important characteristics that distinguish them from other types of cells. First, they distinguish them from other types of cells. First, they are unspecialized cells that renew themselves
3、for long are unspecialized cells that renew themselves for long periods through cell division. The second is that under periods through cell division. The second is that under certain physiologic or experimental conditions, they certain physiologic or experimental conditions, they can be induced to
4、become cells with special functions.can be induced to become cells with special functions. Stem cells: A primer Stem cells: A primer NATIONAL INSTITUTES OF HEALTH NATIONAL INSTITUTES OF HEALTH 2干细胞生物学干细胞生物学干细胞干细胞: : 是一种具有我更新和分化能力的细胞是一种具有我更新和分化能力的细胞显微镜下的干细胞显微镜下的干细胞3干细胞生物学干细胞生物学根据来源根据来源根据来源根据来源胚胎干细胞胚胎
5、干细胞胚胎干细胞胚胎干细胞组织干细胞组织干细胞组织干细胞组织干细胞胎儿组织干细胞胎儿组织干细胞胎儿组织干细胞胎儿组织干细胞 成体组织干细胞成体组织干细胞成体组织干细胞成体组织干细胞干细胞分类干细胞分类干细胞分类干细胞分类4干细胞生物学干细胞生物学5干细胞生物学干细胞生物学6干细胞生物学干细胞生物学7干细胞生物学干细胞生物学8干细胞生物学干细胞生物学一干细胞在组织中的增殖结构单元一干细胞在组织中的增殖结构单元一干细胞在组织中的增殖结构单元一干细胞在组织中的增殖结构单元 干细胞有时可以根据其形态学特征和存在位置来辨干细胞有时可以根据其形态学特征和存在位置来辨干细胞有时可以根据其形态学特征和存在位置
6、来辨干细胞有时可以根据其形态学特征和存在位置来辨认，如在果蝇的认，如在果蝇的认，如在果蝇的认，如在果蝇的性腺性腺性腺性腺和外周神经系统。干细胞与其外周和外周神经系统。干细胞与其外周和外周神经系统。干细胞与其外周和外周神经系统。干细胞与其外周的分化细胞有固定的组织方式，形成增殖结构单元。的分化细胞有固定的组织方式，形成增殖结构单元。的分化细胞有固定的组织方式，形成增殖结构单元。的分化细胞有固定的组织方式，形成增殖结构单元。 干细胞的巢干细胞的巢(Stem (Stem Cell Niche)Cell Niche) : : 分泌因子、外周分泌因子、外周的细胞、胞间基的细胞、胞间基质质 9干细胞生物学
7、干细胞生物学 Adult forebrain Adult forebrain neurogenesisneurogenesis. A . A sagittalsagittal section of the adult mouse forebrain shows section of the adult mouse forebrain shows neuronal precursors labeled with 5-BrdU migrating along the neuronal precursors labeled with 5-BrdU migrating along the rostra
8、lrostral migratory stream. migratory stream. RMS:rostralRMS:rostralmigratorystreammigratorystream10干细胞生物学干细胞生物学二干细胞的增殖特征二干细胞的增殖特征干细胞增殖的干细胞增殖的干细胞增殖的干细胞增殖的缓慢性缓慢性缓慢性缓慢性 干细胞干细胞 过渡细胞过渡细胞 分化细胞分化细胞 例如，小肠干细胞较其过渡细胞的分裂速度大约慢一倍；例如，小肠干细胞较其过渡细胞的分裂速度大约慢一倍； 70% 70%的造血干细胞处于的造血干细胞处于G G0 0期。期。11干细胞生物学干细胞生物学干细胞增殖系统的干细胞
9、增殖系统的干细胞增殖系统的干细胞增殖系统的自稳定性自稳定性自稳定性自稳定性A A：干细胞的干细胞的不对称分裂不对称分裂(asymmetry division)(asymmetry division)B B：干细胞的干细胞的群体不对称分裂群体不对称分裂( (populationalpopulational asymmetry division) asymmetry division) 自稳定性自稳定性(self-maintenance)(self-maintenance)是指干是指干细胞可以在生物个体生命区间中自我更新细胞可以在生物个体生命区间中自我更新(self-renewing)(self-
10、renewing)并维持其自身数目恒定。并维持其自身数目恒定。12干细胞生物学干细胞生物学干细胞的分化特征干细胞的分化特征干细胞的分化特征干细胞的分化特征1. 1. 干细胞的分化潜能干细胞的分化潜能干细胞的分化潜能干细胞的分化潜能全能性干细胞全能性干细胞(totipotent stem cell)：如受精卵如受精卵 多能性干细胞多能性干细胞(pluripotent stem cell) ：如胚胎干细胞如胚胎干细胞专能性干细胞专能性干细胞(multipotent stem cell)：如肠干细胞如肠干细胞13干细胞生物学干细胞生物学多能性干细胞多能性干细胞( (pluripotentplurip
11、otent stem cell) stem cell) ：如胚胎干细胞：如胚胎干细胞Derivedfrominnercellmass(ICM)ofblastocyst.ThefirsthumanEScelllinewasestablishedin1998byJamesA.ThomasScience282:1145,1998ICMHumanEScolonyonfeederlayer14干细胞生物学干细胞生物学SomaticStemCellsorTissueStemCells An undifferentiated cell that occurs in a differentitated tis
12、sue or organ, renews itself, and yields specialized cell types.Origin: fetus or adult (adult stem cell);Potential: multipotent;Proliferation: limited.15干细胞生物学干细胞生物学16干细胞生物学干细胞生物学17干细胞生物学干细胞生物学胚胎干细胞和体干细胞的区别胚胎干细胞和体干细胞的区别胚胎干细胞胚胎干细胞组织干细胞组织干细胞来源来源早期胚胎早期胚胎胎儿和成体胎儿和成体细胞增殖能力细胞增殖能力无限无限有限有限分化潜力分化潜力全能全能有限有限免疫排斥
13、免疫排斥有免疫排斥性有免疫排斥性自体移植无排斥性自体移植无排斥性生物学功能生物学功能能分化成具有生理能分化成具有生理功能的细胞功能的细胞能分化成具有生理能分化成具有生理功能的细胞功能的细胞伦理问题伦理问题存在争议存在争议无伦理问题的争论无伦理问题的争论18干细胞生物学干细胞生物学2. 2. 干细胞的可塑性干细胞的可塑性干细胞的可塑性干细胞的可塑性 (Plasticity)(Plasticity)： 一种组织类型的干细胞在适当条件下可以分化为另一一种组织类型的干细胞在适当条件下可以分化为另一种组织类型的细胞，称为干细胞的种组织类型的细胞，称为干细胞的转分化转分化(transdifferentia
14、tion)。 一种干细胞向其前体细胞的逆向转化被称为干细胞的一种干细胞向其前体细胞的逆向转化被称为干细胞的去分化去分化(dedifferentiation)。19干细胞生物学干细胞生物学20干细胞生物学干细胞生物学例一例一例一例一: :造血干细胞的可塑性造血干细胞的可塑性造血干细胞的可塑性造血干细胞的可塑性GeneralStrategyforIdentifyingCellFateTransitionsusingBoneMarrow-DerivedCells21干细胞生物学干细胞生物学存活的小鼠存活的小鼠致死照射的小鼠致死照射的小鼠移植膜染料移植膜染料(PKH26)标记的骨髓细胞标记的骨髓细胞分
15、离存活小鼠的骨髓细胞分离存活小鼠的骨髓细胞流式细胞仪分得一个流式细胞仪分得一个(PKH26)阳性细胞阳性细胞存活的小鼠存活的小鼠移植给致死辐照小鼠移植给致死辐照小鼠评价该细胞的潜能评价该细胞的潜能DianeS.KrauseMulti-Organ,Multi-LineageEngraftmentbyaSingleBoneMarrow-DerivedStemCell，Cell,Vol105,369-377,200122干细胞生物学干细胞生物学Immunohistochemical and FISH Analysis of Bronchus(A and B) Light microscopic im
16、age of bronchus stained by immunohistochemistry using antibody Cam5.2, specific for cytokeratins 8, 18, and 19. The arrows indicate Y chromosome-positive epithelial cells. (C) Fluorescence microscopic image (100) of FISH for Y chromosome (pseudocolored pale yellow green), with DAPI (blue) nuclear co
17、unterstain. Morphology of cells and persistence of DAB stain indicating cytoplasmic cytokeratins define the bronchial epithelial lining cells. Yellow Y chromosomes are identified in three such cells (arrows). 23干细胞生物学干细胞生物学ImmunohistochemicalandFISHAnalysisofSmall Intestine(B)Fluorescence microscopi
18、cimageofasmallintestinalvillous fromthesamedoubleimmunostainedslideafter FISHforYchromosome(red)andDAPI(blue)nuclear counterstain.MorphologyofcellsandpersistenceofDAB stainindicatingcytoplasmiccytokeratinsdefinetheintestinal epithelialliningcells,twoofwhich(rightmiddle)display redYchromosomes.24干细胞生
19、物学干细胞生物学EpithelialLiningCellsoftheLungAlveoli,GITract,Cholangiocytes,andHairFollicleCellsShowMaleMarrow-DerivedDerivationFluorescencemicroscopicimagesof(A)lung,(B)esophagus,(C)stomach,(D)colon,(E)bileductcyst,(F)skin.(Filtersasabove,originalmagnificationsofA,C,andE,B,D,andF)25干细胞生物学干细胞生物学RouteStemCe
20、llThestemcelllandscapedepictedhereillustratestheemergingcharacteristicsofadultstemcellsthatincludeplasticityincellfate,diversityoforigin,andamultiplicityoftissuepotentials.Stemcells(blue)areabletoenterdiversetissuecompartmentsfromthebloodstream(thestemcellhighway)viaonrampsandgenerateappropriatecell
21、typesinresponsetohomingsignalsorgrowthfactorsdepictedonbillboards.Intheory,allchoicesarereversible.(ArtworkbyN.GewertzandB.Colyear.)26干细胞生物学干细胞生物学例二例二例二例二: :神经神经神经神经干细胞的干细胞的干细胞的干细胞的全能性全能性全能性全能性 神经干细胞具有广神经干细胞具有广泛的发育可塑性，具有泛的发育可塑性，具有发育为胚胎各个胚层的发育为胚胎各个胚层的能力，可以嵌和分化为能力，可以嵌和分化为上皮、心脏、肝脏、肺、上皮、心脏、肝脏、肺、神经组织。神经组
22、织。DianaL.Clarke，GeneralizedPotentialofAdultNeuralStemCells，2000,288,5471：1660-1663.27干细胞生物学干细胞生物学例三例三例三例三: : : : 成熟细胞之间的转分化成熟细胞之间的转分化成熟细胞之间的转分化成熟细胞之间的转分化经经GFPGFP标记的胰腺肿瘤标记的胰腺肿瘤衍生细胞系衍生细胞系AR42J-B13AR42J-B13肝肝细胞细胞地塞米松地塞米松Shen,C.-N.,Slack,J.M.W.&Tosh,D.Molecularbasisoftransdifferentiationofpancreastolive
23、r.Nature Cell Biol.2,879-887(2000)28干细胞生物学干细胞生物学胚胎干细胞研究的伦理学挑战胚胎干细胞研究的伦理学挑战胚胎干细胞研究的伦理学挑战胚胎干细胞研究的伦理学挑战胚胎是不是人的问题胚胎是不是人的问题: :反对者：摧毁胚胎就是杀戮反对者：摧毁胚胎就是杀戮 Isscienceservingmanorismanservingscience?Ifitisthelatter,Iamopposed.Rep.Dickey29干细胞生物学干细胞生物学NIHNIH关于干细胞研究的指导原则：关于干细胞研究的指导原则： 干细胞来源：干细胞来源：(1)(1)流产胎儿。流产胎儿。(
24、2)(2)以治疗不孕为目的，以治疗不孕为目的，通过体外受精获通过体外受精获 得的胚胎。得的胚胎。 若干要求若干要求: :(1)(1)流产的决定与捐献胚胎的决定应互不相流产的决定与捐献胚胎的决定应互不相关。关。(2)(2)不得向胎儿或胚胎捐献者支付任何费用。不得向胎儿或胚胎捐献者支付任何费用。(3)(3)流产流产的执行者与胎儿使用者不得是同一人的执行者与胎儿使用者不得是同一人30组织工程组织工程- Tissue Engineering31组织工程组织工程- Tissue Engineering 组织工程组织工程是指应用工程学和生命科学的原理和方法来研是指应用工程学和生命科学的原理和方法来研究正常
25、或病理状况下哺乳动物组织的结构、功能和生长的机究正常或病理状况下哺乳动物组织的结构、功能和生长的机理，研究开发能够修复、维持或改善损伤组织的人工生物替理，研究开发能够修复、维持或改善损伤组织的人工生物替代物的一门学科。代物的一门学科。 32组织工程组织工程- Tissue Engineering多多多多学科交叉的技术体系学科交叉的技术体系学科交叉的技术体系学科交叉的技术体系33组织工程组织工程- Tissue Engineering组织工程所涉及的技术领域组织工程所涉及的技术领域组织工程所涉及的技术领域组织工程所涉及的技术领域细胞培养细胞培养细胞分离方法细胞分离方法材料科学材料科学体外构建组织
26、的工程手段体外构建组织的工程手段34组织工程组织工程- Tissue Engineering细胞培养技术细胞培养技术1. 基本细胞培养技术基本细胞培养技术2. 无血清细胞培养无血清细胞培养 SerumFreeMediumChemicalDefinedMedium3. 大规模细胞培养大规模细胞培养4. 特殊的细胞培养技术特殊的细胞培养技术35组织工程组织工程- Tissue Engineering通过大规模细胞培养技术可以获得足够的种子细胞通过大规模细胞培养技术可以获得足够的种子细胞36组织工程组织工程- Tissue Engineering1.增加培养容积和细胞的附着面积增加培养容积和细胞的附
27、着面积2.抑制细胞的凋亡抑制细胞的凋亡大规模细胞培养技术必须要解决的几个问题大规模细胞培养技术必须要解决的几个问题37组织工程组织工程- Tissue Engineering特殊的细胞培养技术特殊的细胞培养技术 三维微重力细胞培养器三维微重力细胞培养器(Rotary Cell Culture System, (Rotary Cell Culture System, RCCS)RCCS)。RCCSRCCS的圆柱状的培养容器中充满了用作培养基的生的圆柱状的培养容器中充满了用作培养基的生长液以及细胞或组织材料。整个容器沿水平轴旋转，通过旋长液以及细胞或组织材料。整个容器沿水平轴旋转，通过旋转的离心力
28、来抵消重力作用，该装置可以悬浮直径达一厘米转的离心力来抵消重力作用，该装置可以悬浮直径达一厘米的组织块。的组织块。38组织工程组织工程- Tissue Engineering39组织工程组织工程- Tissue EngineeringRCCSRCCS系统培养的软骨密度较静态培养的高系统培养的软骨密度较静态培养的高40组织工程组织工程- Tissue Engineering细胞分离方法细胞分离方法1. 1. 根据细胞的体积和密度根据细胞的体积和密度2. 2. 基于细胞对介质黏附性的不同基于细胞对介质黏附性的不同3. 3. 利用细胞的表面标志利用细胞的表面标志4. 4. 其他方法其他方法41组织工
29、程组织工程- Tissue EngineeringPercollPercoll density gradient centrifuge density gradient centrifuge 42组织工程组织工程- Tissue EngineeringFACS(FluorescenceActiveCellSorting)43组织工程组织工程- Tissue Engineering材料科学材料科学44组织工程组织工程- Tissue Engineering1.1.第一代生物材料第一代生物材料 追求生物学相容性和生物学惰性追求生物学相容性和生物学惰性 achieve a suitable comb
30、ination of physical properties to match those of the replaced tissue with a minimal toxic response in the host 45组织工程组织工程- Tissue Engineering2. 2. 第二代生物材料第二代生物材料 不仅追求材料的生物学惰性，还力图使生物材料可在机不仅追求材料的生物学惰性，还力图使生物材料可在机体生理环境中体生理环境中释放活性物质释放活性物质并诱发可控制的生物学功能。并诱发可控制的生物学功能。可吸收的植入材料的应用可吸收的植入材料的应用聚乳酸聚乳酸( (polylacti
31、cpolylactic acids, PLA) acids, PLA)聚羟基乙酸聚羟基乙酸( (polyglycolicpolyglycolic acids, PGA) acids, PGA) 缺点：使用寿命有限缺点：使用寿命有限46组织工程组织工程- Tissue Engineering47组织工程组织工程- Tissue Engineering3.3.第三代生物材料第三代生物材料 第三代生物材料集第三代生物材料集生物活性生物活性和和可吸收性可吸收性于一体，通过于一体，通过对材料的分子修复，使其能与细胞表面的特异分子作用，对材料的分子修复，使其能与细胞表面的特异分子作用，指导细胞分化、增殖、
32、胞外基质的合成和组织。指导细胞分化、增殖、胞外基质的合成和组织。 48组织工程组织工程- Tissue Engineering 用于构建组织工程骨的生物活性玻璃在接触水时，可在用于构建组织工程骨的生物活性玻璃在接触水时，可在表面形成一种水化膜，水化膜中特定浓度的表面形成一种水化膜，水化膜中特定浓度的Si, Ca, P, Na形形成适合于成骨细胞附着、和生长的微环境。成适合于成骨细胞附着、和生长的微环境。49组织工程组织工程- Tissue Engineering 最具前途的第三代生物材料通过对材料的分子改造，将最具前途的第三代生物材料通过对材料的分子改造，将有有活性的蛋白或多肽分子与生物材料共
33、价结合活性的蛋白或多肽分子与生物材料共价结合。通过在材料。通过在材料表面锁定这些生物分子，可以模拟胞外基质的功能和环境。表面锁定这些生物分子，可以模拟胞外基质的功能和环境。细胞因子梯度细胞因子梯度细胞细胞的的梯度梯度 如将如将NGF NGF 键合于键合于PLA/PGA PLA/PGA 共聚物制成的生物材料可用于共聚物制成的生物材料可用于构建移植用神经组织。该材料还可用于诱导神经生长的方向构建移植用神经组织。该材料还可用于诱导神经生长的方向50组织工程组织工程- Tissue Engineering结构性替代结构性替代功能性组织功能性组织软性组织替软性组织替代物代物51组织工程组织工程- Tis
34、sue Engineering体外构建组织的工程手段体外构建组织的工程手段 目前在体外构建含活性细胞成分的工程组织的核心方目前在体外构建含活性细胞成分的工程组织的核心方法是首先分离自体或异体组织的细胞，经体外扩增达到一法是首先分离自体或异体组织的细胞，经体外扩增达到一定的细胞数量后，将这些细胞种植在预先构建好的聚合物定的细胞数量后，将这些细胞种植在预先构建好的聚合物骨架上，这种骨架提供了细胞三维生长的支架，使细胞在骨架上，这种骨架提供了细胞三维生长的支架，使细胞在适宜的生长条件下沿聚合物骨架迁移、铺展、生长和分化，适宜的生长条件下沿聚合物骨架迁移、铺展、生长和分化，最终发育形成具有特定形态及功
35、能的工程组织。最终发育形成具有特定形态及功能的工程组织。52组织工程组织工程- Tissue Engineering组织工程所面对的挑战组织工程所面对的挑战1.1.构建微循环血管网构建微循环血管网2.2.寻找优良的生物材料寻找优良的生物材料3.3.构建组织结构构建组织结构53组织工程组织工程- Tissue Engineering1. 1. 构建微循环血管网构建微循环血管网 没有自身的血液供应是限制体外构建的组织工程器官没有自身的血液供应是限制体外构建的组织工程器官大小的根本因素。组织工程器官较大时，依靠氧气和营养大小的根本因素。组织工程器官较大时，依靠氧气和营养成分的简单扩散无法满足内部细胞
36、的需要。植入机体后，成分的简单扩散无法满足内部细胞的需要。植入机体后，组织工程器官将在几小时内耗尽氧气和营养，而新生血管组织工程器官将在几小时内耗尽氧气和营养，而新生血管的进入则需要几天的时间。的进入则需要几天的时间。54组织工程组织工程- Tissue Engineering1)1)利用已有的血管网利用已有的血管网 Implanting cultured cells directly into the existing vascular beds of the patients liver and spleen looks like one promising strategy2)2)利用细
37、胞因子诱导血管生成利用细胞因子诱导血管生成 通过在材料中键合生长因子，如血管内皮生长通过在材料中键合生长因子，如血管内皮生长因子、成纤维细胞生长因子可诱导和加速血管的形因子、成纤维细胞生长因子可诱导和加速血管的形成。成。 控释血管内皮生长因子和血小板衍生生长因子控释血管内皮生长因子和血小板衍生生长因子的生物材料植入大鼠后可实现血管的诱导、成熟和的生物材料植入大鼠后可实现血管的诱导、成熟和固定。固定。55组织工程组织工程- Tissue Engineering2. 2. 生物构架生物构架(Scaffolds and Biomaterial)(Scaffolds and Biomaterial)T
38、hemicrographshowssmoothmusclecellsgrowinginaporouspolymerusedfortissueengineering56组织工程组织工程- Tissue Engineering57组织工程组织工程- Tissue EngineeringThe3Dprintingprocess58组织工程组织工程- Tissue Engineering2DCTScanImageData(left)andIsolatedMandible(right)inVolumetric3DReconstructionSketchesbySinn-HanlonandGoldwass
39、erdefiningthepathoftheinferioralveolarnerve(left)andtheboundariesoftheimplant(right).59组织工程组织工程- Tissue Engineering3Drenderingofjawimplantmodelwithnerveplaceholder60组织工程组织工程- Tissue EngineeringThefinalprecise-fitundersurfaceoftheimplantwithnerveaccommodatingcanal(left)andthefinalmodelblendedontothen
40、ewtopsurfaceoftheimplant(right).61组织工程组织工程- Tissue EngineeringThefinalimplantmodel(left)andaphysicalprintofthejawandimplantmodel(right).62组织工程组织工程- Tissue Engineering3. 3. 构建组织结构构建组织结构(Tissue architecture)(Tissue architecture) 组织工程软骨、血管、骨等组织正确的分子和宏观结组织工程软骨、血管、骨等组织正确的分子和宏观结构对于其实现生理功能是必须的。如何正确的够建组织结构对
41、于其实现生理功能是必须的。如何正确的够建组织结构是制造组织工程器官首先要考虑的问题。构是制造组织工程器官首先要考虑的问题。63组织工程组织工程- Tissue Engineering组织工程皮肤组织工程皮肤 人工皮肤基本上可分为三个大的类型：表皮替代物、人工皮肤基本上可分为三个大的类型：表皮替代物、真皮替代物和全皮替代物。真皮替代物和全皮替代物。 表皮替代物由生长在可降解基质或聚合物膜片上的表皮替代物由生长在可降解基质或聚合物膜片上的表皮细胞组成。真皮替代物是含有细胞或不含细胞的基表皮细胞组成。真皮替代物是含有细胞或不含细胞的基质结构，用来诱导成纤维细胞的迁移、增殖和分泌细胞质结构，用来诱导成
42、纤维细胞的迁移、增殖和分泌细胞外基质。而全皮替代物包含以上两种成分，既有表皮又外基质。而全皮替代物包含以上两种成分，既有表皮又有真皮结构。有真皮结构。 64组织工程组织工程- Tissue Engineering65组织工程组织工程- Tissue Engineering1. 细胞背景明确，产品质量可控，可有效防止异源皮肤移细胞背景明确，产品质量可控，可有效防止异源皮肤移 植时可能导致的疾病传染。植时可能导致的疾病传染。 2. 来源充足，可克服自（异）体移植物来源匿乏的缺点。来源充足，可克服自（异）体移植物来源匿乏的缺点。3. 免疫原性弱，移植排斥反应发生轻微。免疫原性弱，移植排斥反应发生轻微
43、。4. 贮存运输方便，可低温冷冻保存，使用简便。贮存运输方便，可低温冷冻保存，使用简便。5. 能为自体细胞修复伤口提供良好的生长环境。能为自体细胞修复伤口提供良好的生长环境。 66组织工程组织工程- Tissue Engineering组织工程软骨组织工程软骨67组织工程组织工程- Tissue Engineeringchondrocytesareseededontopolymerscaffoldsandculturedwithinabioreactorsystem.Duringcultivation,cellsproliferateanddepositmatrix,resultinginac
44、onstructthatcanbeimplantedtotreatarticularsurfacedefects.68组织工程组织工程- Tissue Engineering组织工程骨组织工程骨69组织工程组织工程- Tissue EngineeringAdultstemcellsgrownona3DbiomaterialscaffoldX-raymicrotomographyoftricalciumphosphateparticlesonwhichadultgoatbonemarrowcellswereseeded70组织工程组织工程- Tissue Engineering组织工程血管组织工
45、程血管Becausevascularcellsareexposedtopulsatilephysicalforcesduringmostofvasculogenesisandthroughoutlife,wehypothesizedthatthedevelopmentofarteriesinthelaboratorywouldbefacilitatedbytheapplicationofpulsatilephysicalstresstoculturedvascularcells.71组织工程组织工程- Tissue EngineeringScaffoldswereseededwithaorti
46、cSMCs.thenbioreactorswerefilledwithDMEM.DMEMflowedthroughhighlydistensiblesiliconetubing.Pulsatileradialstresswasappliedtothevesselsat165beatsperminute.After8weeks,thesiliconetubingwasremoved.AnECsuspensionwasinjectedintothelumen,andthecellswereallowedtoadherefor90min.Luminalflowratewasthengradually
47、increased.72组织工程组织工程- Tissue Engineering 经八星期的培养，在脉冲条件下生长的血管中经八星期的培养，在脉冲条件下生长的血管中SMCsSMCs向内向内迁移并包被管壁上的迁移并包被管壁上的PGAPGA聚合物，形成光滑的血管内腔面，聚合物，形成光滑的血管内腔面，这使得这使得EcsEcs在内腔面的种植变的容易。与此对比，在无脉冲在内腔面的种植变的容易。与此对比，在无脉冲条件下生长的血管中条件下生长的血管中SMCsSMCs并未包被并未包被PGAPGA聚合物，血管的内腔聚合物，血管的内腔面由于有聚合物颗粒而凹突不平，不利于面由于有聚合物颗粒而凹突不平，不利于ECsEC
48、s 的的有效种植。有效种植。73组织工程组织工程- Tissue EngineeringHistologyofengineeredvessels.(AandB)Pulsedvesselculturedfor8weeks.(A)Verhoffselastinstain.(B)Massonstrichromestain;collagenstainsblue.Numbersignindicatesthedensecellularregion;asteriskindicatesthepolymerregion.(CandD)Nonpulsedvesselculturedfor8weeks.(EandF
49、)Pulsedvesselwithoutmediumsupplementation.74组织工程组织工程- Tissue Engineering 脉冲条件下培养五星期可耐受的最大压力为脉冲条件下培养五星期可耐受的最大压力为570100570100mmmm Hg Hg ，八星期后可耐受的最大压力为八星期后可耐受的最大压力为2150709 mm 2150709 mm Hg. Hg. 较天然隐静脉的最大可耐受压力较天然隐静脉的最大可耐受压力 1680307mm 1680307mm HgHg 还高，适于用作动脉移植物。还高，适于用作动脉移植物。75组织工程组织工程- Tissue Engineerin
50、g 所有血管移植后都有良好的血流，且两星期后还都维所有血管移植后都有良好的血流，且两星期后还都维持开放。脉冲条件下培养的血管四星期后依然开放，但可持开放。脉冲条件下培养的血管四星期后依然开放，但可观察到血流的减慢。而非脉冲条件下培养的血管可维持开观察到血流的减慢。而非脉冲条件下培养的血管可维持开放三个星期，而后发生血栓。所有的血管在观察期间都没放三个星期，而后发生血栓。所有的血管在观察期间都没有发生渗漏和破裂。有发生渗漏和破裂。76组织工程组织工程- Tissue Engineering组织工程角膜组织工程角膜组织工程角膜组织工程角膜 构建人工角膜时，研究人员首构建人工角膜时，研究人员首先使内
51、皮细胞在培养皿中形成细胞先使内皮细胞在培养皿中形成细胞薄层，然后在内皮细胞上覆盖一层薄层，然后在内皮细胞上覆盖一层角化细胞和支持蛋白质，在最上面角化细胞和支持蛋白质，在最上面覆盖上皮细胞。培养两星期后，减覆盖上皮细胞。培养两星期后，减少培养液的用量，使上皮细胞暴露少培养液的用量，使上皮细胞暴露于气液界面，以模拟天然角膜在泪于气液界面，以模拟天然角膜在泪液中的状态。液中的状态。77组织工程组织工程- Tissue Engineering 组织工程角膜由三层组组织工程角膜由三层组成：上皮、基质、内皮。每成：上皮、基质、内皮。每层都是由人永生化的角膜细层都是由人永生化的角膜细胞构成，这些细胞在形态学
52、、胞构成，这些细胞在形态学、生化特性上与天然细胞一致。生化特性上与天然细胞一致。组织工程角膜在生理功能、组织工程角膜在生理功能、透明度、离子和流体的通透透明度、离子和流体的通透性、基因表达等方面于天然性、基因表达等方面于天然角膜相似。组织工程角膜可角膜相似。组织工程角膜可用于评价药物的毒性和疗效，用于评价药物的毒性和疗效，并有望用于移植治疗。并有望用于移植治疗。78组织工程组织工程- Tissue Engineering79组织工程组织工程- Tissue Engineering组织工程膀胱组织工程膀胱1.通过组织活检的方式取得正常狗的膀胱组织，分散后得通过组织活检的方式取得正常狗的膀胱组织，
53、分散后得到泌尿上皮和肌肉组织。到泌尿上皮和肌肉组织。2.然后将两者分开培养，再将两种组织置于可降解的生物然后将两者分开培养，再将两种组织置于可降解的生物材料制成的模型上，泌尿上皮在内，肌肉组织在外。材料制成的模型上，泌尿上皮在内，肌肉组织在外。3.将人工膀胱移植给狗。将人工膀胱移植给狗。4.狗可重新获得原有膀胱狗可重新获得原有膀胱95%的功能。的功能。11个月后检查组织个月后检查组织工程膀胱，发现已经完全被泌尿上皮和肌肉组织覆盖，工程膀胱，发现已经完全被泌尿上皮和肌肉组织覆盖，并有神经和血管生成。这是首次在实验室中获得具有正并有神经和血管生成。这是首次在实验室中获得具有正常功能的哺乳动物组织工
54、程器官。常功能的哺乳动物组织工程器官。 80组织工程组织工程- Tissue Engineering(A)Thenativecaninebladderpriortotrigonesparingcystectomy.(B)Theengineeredneoorganisanastomosedtothetrigone.81组织工程组织工程- Tissue Engineering(A)Subtotalcystectomywithoutreconstruction(groupA),(B)polymeronlyimplant(groupB),and(C)tissueengineeredneoorgan(groupC).82组织工程组织工程- Tissue Engineering组织工程肌肉组织工程肌肉人工肝脏人工肝脏组织工程肾脏组织工程肾脏.83组织工程组织工程- Tissue Engineering组织组织工程相关的联接工程相关的联接GeneralinfoonTEandlinks:http:/www.pittsburgh- “他总算讲完了！他总算讲完了！” 85
