1、第八章第八章 組織工程組織工程肝的組織工程肝的組織工程起源起源器官器官康復(fù).肌肉肌肉骨膜骨膜起源起源骨髓骨髓血導(dǎo)管血導(dǎo)管膠原質(zhì)膠原質(zhì)兩性分子的兩性分子的器官捐贈(zèng)人器官捐贈(zèng)人胎的胎的 組織工程組織工程(Tissue Engineering)是近年來(lái)正在興是近年來(lái)正在興起的一門新學(xué)科，屬于生物高技術(shù)范疇起的一門新學(xué)科，屬于生物高技術(shù)范疇 定義：應(yīng)用生命科學(xué)與工程學(xué)的原理與技術(shù)，定義：應(yīng)用生命科學(xué)與工程學(xué)的原理與技術(shù)，在正確認(rèn)識(shí)哺乳動(dòng)物的正常及病理兩種狀態(tài)下在正確認(rèn)識(shí)哺乳動(dòng)物的正常及病理兩種狀態(tài)下的組織結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的基礎(chǔ)上，研究、開(kāi)發(fā)的組織結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的基礎(chǔ)上，研究、開(kāi)發(fā)用于修復(fù)、維護(hù)、促進(jìn)人體

2、各種組織或器官損用于修復(fù)、維護(hù)、促進(jìn)人體各種組織或器官損傷后的功能和形態(tài)的生物替代物的一門新興學(xué)傷后的功能和形態(tài)的生物替代物的一門新興學(xué)科科 組織工程研究主要包括四個(gè)方面：種子細(xì)胞、組織工程研究主要包括四個(gè)方面：種子細(xì)胞、生物材料、構(gòu)建組織和器官的方法和技術(shù)以以生物材料、構(gòu)建組織和器官的方法和技術(shù)以以及組織工程的臨床應(yīng)用及組織工程的臨床應(yīng)用組織工程研究?jī)?nèi)容組織工程研究?jī)?nèi)容 組織工程的核心組織工程的核心 建立細(xì)胞與生物材料的三維空間復(fù)合體，即具有生建立細(xì)胞與生物材料的三維空間復(fù)合體，即具有生命力的活體組織，用以對(duì)病損組織進(jìn)行形態(tài)、結(jié)構(gòu)命力的活體組織，用以對(duì)病損組織進(jìn)行形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能的重建并達(dá)到

3、永久性替代和功能的重建并達(dá)到永久性替代 基本原理和方法基本原理和方法 將體外培養(yǎng)擴(kuò)增的正常組織細(xì)胞，吸附于一種生物將體外培養(yǎng)擴(kuò)增的正常組織細(xì)胞，吸附于一種生物相容性良好并可被機(jī)體吸收的生物材料上形成復(fù)合相容性良好并可被機(jī)體吸收的生物材料上形成復(fù)合物，將細(xì)胞物，將細(xì)胞-生物材料復(fù)合物植入機(jī)體組織、器官的生物材料復(fù)合物植入機(jī)體組織、器官的病損病分，細(xì)胞在生物材料逐漸被機(jī)體降解吸收的病損病分，細(xì)胞在生物材料逐漸被機(jī)體降解吸收的過(guò)程中形成新的在形態(tài)和功能方面與相應(yīng)器官、組過(guò)程中形成新的在形態(tài)和功能方面與相應(yīng)器官、組織相一致的組織，而達(dá)到修復(fù)創(chuàng)傷和重建功能的目織相一致的組織，而達(dá)到修復(fù)創(chuàng)傷和重建功能的目

4、的。的。 組織工程研究包括以下四個(gè)方面組織工程研究包括以下四個(gè)方面 種子細(xì)胞研究種子細(xì)胞研究 細(xì)胞外基質(zhì)的研究細(xì)胞外基質(zhì)的研究 組織器官的構(gòu)建組織器官的構(gòu)建 組織工程臨床應(yīng)用組織工程臨床應(yīng)用 種子細(xì)胞研究種子細(xì)胞研究 種子細(xì)胞的培養(yǎng)是組織工程的基本要素，細(xì)胞主要種子細(xì)胞的培養(yǎng)是組織工程的基本要素，細(xì)胞主要來(lái)源于自體、同種異體、異種組織細(xì)胞等。自體組來(lái)源于自體、同種異體、異種組織細(xì)胞等。自體組織細(xì)胞應(yīng)為首選織細(xì)胞應(yīng)為首選 1載體等技術(shù)用于細(xì)胞的快速增殖載體等技術(shù)用于細(xì)胞的快速增殖 2干細(xì)胞工程干細(xì)胞工程 3采用各種生長(zhǎng)因子和端粒酶調(diào)節(jié)與延緩細(xì)胞的老化采用各種生長(zhǎng)因子和端粒酶調(diào)節(jié)與延緩細(xì)胞的老化

5、4采用各種方法（包括自身轉(zhuǎn)化、化學(xué)、物理、病毒等采用各種方法（包括自身轉(zhuǎn)化、化學(xué)、物理、病毒等方法）誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化，使其倍增時(shí)間減少，永生化或方法）誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化，使其倍增時(shí)間減少，永生化或生命期延長(zhǎng)，也是一個(gè)努力方向生命期延長(zhǎng)，也是一個(gè)努力方向 細(xì)胞外基質(zhì)的研究細(xì)胞外基質(zhì)的研究 ECM均質(zhì)狀態(tài)的基質(zhì)（蛋白多糖、糖蛋白）和細(xì)絲狀均質(zhì)狀態(tài)的基質(zhì)（蛋白多糖、糖蛋白）和細(xì)絲狀的膠原纖維的膠原纖維 ECM是細(xì)胞附著的基本框架和代謝場(chǎng)所，其形態(tài)和功是細(xì)胞附著的基本框架和代謝場(chǎng)所，其形態(tài)和功能直接影響所構(gòu)成的組織形態(tài)和功能能直接影響所構(gòu)成的組織形態(tài)和功能 理想的理想的ECM應(yīng)具有以下特點(diǎn)應(yīng)具有以下特點(diǎn)

6、 生物相容性好生物相容性好有可吸收性有可吸收性 有可塑性有可塑性 表面化學(xué)特性和表面微結(jié)構(gòu)利于細(xì)胞的粘附和生長(zhǎng)表面化學(xué)特性和表面微結(jié)構(gòu)利于細(xì)胞的粘附和生長(zhǎng) 降解降解速率可根據(jù)不同細(xì)胞的組織再生速率而進(jìn)行調(diào)整。速率可根據(jù)不同細(xì)胞的組織再生速率而進(jìn)行調(diào)整。 細(xì)胞外基質(zhì)的研究細(xì)胞外基質(zhì)的研究 組織工程所應(yīng)用的材料組織工程所應(yīng)用的材料 天然天然ECM ：采用膠原制作人工皮和血管的模型：采用膠原制作人工皮和血管的模型 人工的人工的ECM ：聚乳酸、聚羥基乙酸、兩者的共聚物：聚乳酸、聚羥基乙酸、兩者的共聚物（PGA-PLA）、聚）、聚-羥基丁酯（羥基丁酯（PHB）；聚乳酸）；聚乳酸-已內(nèi)酯已內(nèi)酯的共聚物（

7、的共聚物（PLC）、聚原酸酯、聚磷本酯、聚酸酐）、聚原酸酯、聚磷本酯、聚酸酐 天然高分子同合成高分子的復(fù)合物天然高分子同合成高分子的復(fù)合物 ，如膠原，如膠原-PCA的復(fù)合的復(fù)合物等物等 有機(jī)材料同無(wú)機(jī)材料的復(fù)合物，如羥基磷灰石有機(jī)材料同無(wú)機(jī)材料的復(fù)合物，如羥基磷灰石-甲殼素的甲殼素的復(fù)合物，羥基磷灰石復(fù)合物，羥基磷灰石-PLA的復(fù)合物等的復(fù)合物等 組織器官的構(gòu)建組織器官的構(gòu)建 1骨組織構(gòu)建骨組織構(gòu)建 構(gòu)建組織工程骨的方式有幾種：構(gòu)建組織工程骨的方式有幾種：支架材料與成支架材料與成骨細(xì)胞；骨細(xì)胞；支架材料與生長(zhǎng)因子；支架材料與生長(zhǎng)因子；支架材料與支架材料與成骨細(xì)胞加生長(zhǎng)因子。成骨細(xì)胞加生長(zhǎng)因子。

8、 生長(zhǎng)因子通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化過(guò)程并改變細(xì)生長(zhǎng)因子通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化過(guò)程并改變細(xì)胞產(chǎn)物的合成而作用于成骨過(guò)程胞產(chǎn)物的合成而作用于成骨過(guò)程 組織器官的構(gòu)建組織器官的構(gòu)建 2組織工程血管構(gòu)建組織工程血管構(gòu)建 血管壁中切取彈性基膜，并在其上培養(yǎng)鼠動(dòng)脈平血管壁中切取彈性基膜，并在其上培養(yǎng)鼠動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞；或用滑肌細(xì)胞；或用I型膠原制備基質(zhì)材料與各型血型膠原制備基質(zhì)材料與各型血管壁細(xì)胞成分合成血管模型。管壁細(xì)胞成分合成血管模型。 組織工程臨床應(yīng)用組織工程臨床應(yīng)用 組織工程中臨床應(yīng)用是在組織構(gòu)建完成了動(dòng)組織工程中臨床應(yīng)用是在組織構(gòu)建完成了動(dòng)物試驗(yàn)之后，在人體上的應(yīng)用，這也是組織物試驗(yàn)之后，在人體上的

9、應(yīng)用，這也是組織工程的最后一步。目前，組織工程的研究只工程的最后一步。目前，組織工程的研究只有活性皮膚達(dá)到了這一步。有活性皮膚達(dá)到了這一步。組織工程支架材料組織工程支架材料 一、骨組織工程支架材料一、骨組織工程支架材料 二、神經(jīng)組織工程支架材料二、神經(jīng)組織工程支架材料 三、血管組織工程支架材料三、血管組織工程支架材料 四、肌腱組織工程支架材料四、肌腱組織工程支架材料 五、皮膚組織工程支架材料五、皮膚組織工程支架材料 六、六、 角膜組織工程支架材料角膜組織工程支架材料 七、七、 肝、胰、腎、泌尿系統(tǒng)組織工程支架材料肝、胰、腎、泌尿系統(tǒng)組織工程支架材料 骨組織工程支架材料骨組織工程支架材料 必須具

10、備以下兩個(gè)功能必須具備以下兩個(gè)功能 （1） 有一定機(jī)械強(qiáng)度以支撐組織的高強(qiáng)度材料，以保證有一定機(jī)械強(qiáng)度以支撐組織的高強(qiáng)度材料，以保證材料植入人體后，有支撐體的重量，不改變骨骼形狀。材料植入人體后，有支撐體的重量，不改變骨骼形狀。 （2） 有一定生物活性可誘導(dǎo)細(xì)胞生長(zhǎng)、分化，并可被人有一定生物活性可誘導(dǎo)細(xì)胞生長(zhǎng)、分化，并可被人體降解吸收體降解吸收 分為兩類，即生物降解和非生物降解型分為兩類，即生物降解和非生物降解型 高聚物（碳素纖維，滌綸，特氟隆），金屬材料（不銹鋼，高聚物（碳素纖維，滌綸，特氟隆），金屬材料（不銹鋼，鈷基合金，鈦合金），生物惰性陶瓷（氧化鋁，氧化鋅，鈷基合金，鈦合金），生物惰性

11、陶瓷（氧化鋁，氧化鋅，碳化硅），生物活性陶瓷（生物玻璃，羥基磷灰石，磷酸碳化硅），生物活性陶瓷（生物玻璃，羥基磷灰石，磷酸鈣）等鈣）等 纖維蛋白凝膠、膠原凝膠、聚乳酸、聚醇酸及其共聚體、纖維蛋白凝膠、膠原凝膠、聚乳酸、聚醇酸及其共聚體、聚乳酸和聚羥基酸類、瓊脂糖、殼聚糖和透明質(zhì)酸等多糖聚乳酸和聚羥基酸類、瓊脂糖、殼聚糖和透明質(zhì)酸等多糖類類。圖一：一名圖一：一名7歲男孩歲男孩沈某因車禍造成顱骨沈某因車禍造成顱骨66厘米缺損厘米缺損圖二：采用組織工程技術(shù)構(gòu)建圖二：采用組織工程技術(shù)構(gòu)建的顱骨移植修復(fù)，經(jīng)的顱骨移植修復(fù)，經(jīng)4個(gè)月隨個(gè)月隨訪，這塊占顱骨總面積達(dá)訪，這塊占顱骨總面積達(dá)16的組織工程化顱骨在

12、人體內(nèi)穩(wěn)的組織工程化顱骨在人體內(nèi)穩(wěn)定存在，生長(zhǎng)良好。定存在，生長(zhǎng)良好。 神經(jīng)組織工程支架材料神經(jīng)組織工程支架材料 理想的人工神經(jīng)是一種特定的三維結(jié)構(gòu)支架的神經(jīng)理想的人工神經(jīng)是一種特定的三維結(jié)構(gòu)支架的神經(jīng)導(dǎo)管，可接納再生軸突長(zhǎng)入，對(duì)軸突起機(jī)械引導(dǎo)作導(dǎo)管，可接納再生軸突長(zhǎng)入，對(duì)軸突起機(jī)械引導(dǎo)作用，雪旺細(xì)胞支架內(nèi)有序地分布，分泌用，雪旺細(xì)胞支架內(nèi)有序地分布，分泌NTFs等發(fā)等發(fā)揮神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)作用，并表達(dá)揮神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)作用，并表達(dá)CAM、分泌、分泌ECM，支持，支持引導(dǎo)軸突再生。引導(dǎo)軸突再生。 以往用于橋接神經(jīng)缺損的神經(jīng)套管材料有硅膠管、以往用于橋接神經(jīng)缺損的神經(jīng)套管材料有硅膠管、聚四氟乙烯、聚交酯、殼聚糖等

13、。聚四氟乙烯、聚交酯、殼聚糖等。 目前用于人工神經(jīng)導(dǎo)管研究的可降解吸收材料有聚目前用于人工神經(jīng)導(dǎo)管研究的可降解吸收材料有聚乙醇酸（乙醇酸（PGA）、聚乳酸（）、聚乳酸（PLA）及它們的共聚物）及它們的共聚物等。等。 神經(jīng)組織工程支架材料神經(jīng)組織工程支架材料 神經(jīng)支架材料的功能有兩種神經(jīng)支架材料的功能有兩種 （1） 必須為神經(jīng)的恢復(fù)提供所需的三維空間，必須為神經(jīng)的恢復(fù)提供所需的三維空間，即要保證神經(jīng)導(dǎo)管具有合適的強(qiáng)度、硬度和彈性，即要保證神經(jīng)導(dǎo)管具有合適的強(qiáng)度、硬度和彈性，使神經(jīng)具有再生的通道。使神經(jīng)具有再生的通道。 （2） 要保證其有理想的雙層結(jié)構(gòu)：外層提供必要保證其有理想的雙層結(jié)構(gòu)：外層提供

14、必要的強(qiáng)度，為毛細(xì)血管和纖維組織長(zhǎng)入提供營(yíng)養(yǎng)要的強(qiáng)度，為毛細(xì)血管和纖維組織長(zhǎng)入提供營(yíng)養(yǎng)的大孔結(jié)構(gòu)；內(nèi)層則可起到防止結(jié)締組織長(zhǎng)入而的大孔結(jié)構(gòu)；內(nèi)層則可起到防止結(jié)締組織長(zhǎng)入而起屏障作用的緊密結(jié)構(gòu)起屏障作用的緊密結(jié)構(gòu) 血管組織工程支架材料血管組織工程支架材料 結(jié)構(gòu)上也分為雙層結(jié)構(gòu)上也分為雙層 ：內(nèi)層是與血液相容性好的生物：內(nèi)層是與血液相容性好的生物活性材料，該類材料要求不僅具有生物活性，同時(shí)活性材料，該類材料要求不僅具有生物活性，同時(shí)還要具有抗凝血和抗溶血作用還要具有抗凝血和抗溶血作用 類型：最早的外層材料一般為尼龍、聚酯等無(wú)紡布類型：最早的外層材料一般為尼龍、聚酯等無(wú)紡布或無(wú)紡網(wǎng)等。目前，該類材料

15、應(yīng)用較多的為膠原或或無(wú)紡網(wǎng)等。目前，該類材料應(yīng)用較多的為膠原或明膠蛋白包埋的或表面處理的可降解材料的無(wú)紡網(wǎng)，明膠蛋白包埋的或表面處理的可降解材料的無(wú)紡網(wǎng)，例如：聚乳酸、聚羥基酸和多肽等的無(wú)紡布或無(wú)紡例如：聚乳酸、聚羥基酸和多肽等的無(wú)紡布或無(wú)紡網(wǎng)等網(wǎng)等 肌腱組織工程支架材料肌腱組織工程支架材料 肌腱與韌帶組織中的功能細(xì)胞分別是肌腱細(xì)胞和成肌腱與韌帶組織中的功能細(xì)胞分別是肌腱細(xì)胞和成纖維細(xì)胞，二者在組織來(lái)源上均屬成纖維細(xì)胞型，纖維細(xì)胞，二者在組織來(lái)源上均屬成纖維細(xì)胞型，但肌腱細(xì)胞分泌型膠原，而成纖維細(xì)胞分泌、但肌腱細(xì)胞分泌型膠原，而成纖維細(xì)胞分泌、型膠原。因此，肌腱組織支架材料必須可降解，型膠原。

16、因此，肌腱組織支架材料必須可降解，但一定要是降解時(shí)間較長(zhǎng)的材料。但一定要是降解時(shí)間較長(zhǎng)的材料。 類型：類型：20世紀(jì)世紀(jì)70年代肌腱支架材料一般使用硅橡膠、年代肌腱支架材料一般使用硅橡膠、尼龍聚酯、碳纖維等，目前使用的多是聚酯聚二氧尼龍聚酯、碳纖維等，目前使用的多是聚酯聚二氧雜環(huán)烷等。雜環(huán)烷等。 皮膚組織工程支架材料皮膚組織工程支架材料 人工角膜材料要求透明，吸水，有一定的機(jī)人工角膜材料要求透明，吸水，有一定的機(jī)械強(qiáng)度，屈光性好等特點(diǎn)，同時(shí)，要求可降械強(qiáng)度，屈光性好等特點(diǎn)，同時(shí)，要求可降解。以前常用的材料為解。以前常用的材料為HAMA、PMMA，近來(lái)來(lái)，多采用膠原和聚醇酸等材料。近來(lái)來(lái)，多采用

17、膠原和聚醇酸等材料。 肝、胰、腎、泌尿系統(tǒng)組織工程支架材肝、胰、腎、泌尿系統(tǒng)組織工程支架材料料 肝、胰、腎、泌尿系統(tǒng)使用的組織工程支架肝、胰、腎、泌尿系統(tǒng)使用的組織工程支架材料多為可降解材料，目前這方面研究和使材料多為可降解材料，目前這方面研究和使用的材料，主要以天然蛋白、多糖與合成高用的材料，主要以天然蛋白、多糖與合成高聚物雜化的可降解材料。例如：用于肝組織聚物雜化的可降解材料。例如：用于肝組織工程支架的血纖維和聚乳酸，用于泌尿系統(tǒng)工程支架的血纖維和聚乳酸，用于泌尿系統(tǒng)的聚乙醇酸等。的聚乙醇酸等。用于組織工程的新肽生物材料支架用于組織工程的新肽生物材料支架 理想的候選生物材料支架理想的候選生

18、物材料支架 (1)有易于設(shè)計(jì)和修飾的基本單元；有易于設(shè)計(jì)和修飾的基本單元； (2)該材料的生物降解速度可調(diào)控；該材料的生物降解速度可調(diào)控； (3)沒(méi)有細(xì)胞毒性；沒(méi)有細(xì)胞毒性； (4)具有能特異促進(jìn)或抑制細(xì)胞具有能特異促進(jìn)或抑制細(xì)胞-材料相互作用的特材料相互作用的特性；性； (5)能引發(fā)的免疫反應(yīng)和炎癥最小；能引發(fā)的免疫反應(yīng)和炎癥最小； (6)材料的生產(chǎn)、純化和處理是容易的并可升材料的生產(chǎn)、純化和處理是容易的并可升 (7)有與水溶液和生理?xiàng)l件的化學(xué)相容性。有與水溶液和生理?xiàng)l件的化學(xué)相容性。 自然來(lái)源的材料自然來(lái)源的材料 幾種自然來(lái)源的動(dòng)物產(chǎn)物如基于膠原蛋白的生物支架，它們的衍生物和生物相容性同聚物已用于細(xì)胞吸附的支架。 合成的肽生物材料支架合成的肽生物材料支架 合成生物材料的最大優(yōu)點(diǎn)是他們能被設(shè)計(jì)成符合特定的需要的東西。通過(guò)插入能促進(jìn)細(xì)胞吸附的生物活性基序的例子表明了這樣設(shè)計(jì)的可塑性 組織工程和修復(fù)組織工程和修復(fù) 生物材料已廣泛用于組織工程。