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组织工程学概述课件.ppt

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组织工程学概述课件.ppt

第七章 组织工程学概述;1. 组织工程的概念;二).组织工程学定义: 运用工程科学和生命科学的原理及方法,从根本上认识正常和病理的哺乳动物组织和结构功能的关系,并研究生物学的替代物,以恢复、维持和改进组织的生物替代物的一门科学。;三). 组织工程基本原理;核心:构件由细胞和生物材料构成的三维复合体。三要素: 种子细胞 生长因子 支架材料;组织工程的三要素;种子细胞——干细胞支架:细胞立脚点的支撑体。人工细胞外基质称为细胞增殖和分化的“立脚点”,例如,立体海绵状骨胶原。生长因子:让细胞增殖和分化的因子。要确保必须的细胞立脚点,必须让细胞的数量大幅增加。控制细胞分裂的是一种被称为“细胞增殖因子”的蛋白质。;一).种子细胞;二.)支架;3)支架材料材料:钙磷材料、多聚物(合成的和自然的)要求:微孔结构、化学组成、可降解、力学性能作用:在结构上加强缺损部位的强度;阻碍周围组织长入;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。;三).生长因子;3.组织工程研究方法;PLA支架(灰色)+间充质干细胞(绿色)激光共聚焦显微镜照片;;;4.组织工程相关生物材料; 各种各样的可生物降解材料已用作组织支架,包括陶瓷和多聚物。 陶瓷主要用于骨组织工程,再次运用了羟基磷灰石多孔配方以承载来源于骨膜或骨髓的骨祖细胞。 多聚物支架的典型形式:纤维网、多孔海绵或泡沫、或是水合凝胶。在纤维网和泡沫中更常使用的多聚物包括线形聚酯,例如,聚乙酸(PGA)、聚乳酸(PLA)和聚已内酯(PCL);聚乙二醇(PEG)以及天然聚合物如胶原和透明质酸。;5.组织工程化皮肤及骨的应用及展望 ;皮肤的解剖生理学;组织工程皮肤;组织工程皮肤的临床应用;1.)表皮替代物和支持基质;2.)真皮替代物和支架材料;3.)复合人工皮肤: 既含有表皮层又含有真皮层的组织工程化皮肤;.组织工程皮肤展望;二)骨组织工程;1)种子细胞来源:皮质骨、松质骨、骨膜、骨髓、骨外组织以??胚胎干细胞。皮质骨、松质骨、骨膜来源的成骨细胞能表达成骨细胞表型且骨膜中含有较多的骨原细胞,而骨原细胞具有分化潜能,可以分化为成骨细胞。但它们的成骨细胞存在较多的缺陷,如取材困难、来源有限、扩增能力有限及免疫排斥等。胚胎干细胞具有分化为三个胚层的能力,体外培养后可分化为肠上皮细胞(内胚层) 、软骨、骨、平滑肌、横纹肌(中胚层) 及神经细胞(外胚层) 等,可以大量扩增和定向诱导为具体干细胞,但是存在免疫排斥较强的缺陷。;2)细胞种植基质作用:种子细胞提供了粘附、增殖、分化的空间结构和生长模板引导组织再生,控制组织或器官的性状。分类方法:以形态分:纤维状、海绵状、凝胶状等;以来源分:天然生物材料和人工合成生物材料。天然生物材料主要有胶原、脱钙骨基质及经物理化学高温处理的动物骨、纤维蛋白、硫酸软骨素、壳聚糖、藻酸盐几丁质等。人工合成生物材料可以分为人工合成无机材料和人工合成可降解有机高分子材料。;理想的支架材料具有的特征:三维多孔的连接网络,有利于细胞生长、养分传输和代谢产物的排放;生物相容性和可降解性好,降解速度和吸收速度可以调控,以适应细胞或组织在体内体外的生长;化学表面适合细胞的粘附、增殖和分化;机械性能与所植入组织的要求相匹配。仿生学材料就是近年发展的趋势,RGD 序列或基因与支架整合后可提高细胞的粘附与增生。;3)生长因子作用:具有诱导和刺激细胞增殖,维持细胞存活等生物效应的蛋白类物质;促进细胞增殖,组织或血管的修复和再生。 在骨创伤早期,生长因子主要启动成骨细胞活性,促进成骨,后期作用逐渐减弱,但也参与骨的生长调节。髓基质中含有多种生长因子:骨形态发生蛋白(BMP)、转化生长因子β、酸性成纤维生长因子、类胰岛素生长因子Ⅰ和Ⅱ、血管内皮细胞生长因子、肿瘤坏死因子和白细胞介素-1等。;目前,用组织工程骨修复骨缺损的研究,已从取材、体外培养、细胞到支架材料复合体形成等都得到了成功。例如:用自体骨髓、珊瑚和rhBMP-2复合物修复兔下颌骨缺损,结果表明:术后3个月,单独珊瑚组及空白对照组缺损未完全修复;珊瑚-骨髓组和珊瑚-rhBMP-2组及单独骨髓组已基本修复了缺损;而骨髓、珊瑚和rhBMP-2复合物组在2个月时缺损即可得到修复。带血管蒂的骨组织工程:将骨细胞种植于预制带管蒂的生物支架材料上,将它作为一种细胞传送装置。;组织工程骨的构建分为:体内构建和体外构建两种形式。体内构建:将成骨细胞-支架复合物植入体内,修复骨缺损。体外构建:通过体外组织培养的方法应用水降解支架材料,接种成骨细胞,构建骨组织。;骨组织工程的临床应用;骨组织工程展望;需要解决的问题:①明确细胞在体外培养中分化、增殖的调控机制;②加强可降解材料整合后修复缺损组织的研究; ③明确诱导因子对成骨细胞的作用,掌握成骨细胞的最佳培养密度和迅速增殖; ④建立起成骨细胞库及大规模的成骨细胞培养体系;⑤改善细胞-材料相互作用,研究开发优良的基质材料,解决人工聚合材料远不能满足临床标准的问题;⑥解决新生组织不能完全替代原有组织的功能问题;⑦加强新生组织和基因转入的新生组织体内移植方式的研究。;组织工程存在的问题:目前对组织工程化组织的科学本质还缺乏深刻的认识。对影响组织形成主要相关因素的作用机制缺乏深入的了解。具有复杂功能器官的构建研究才刚刚起步。

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