组织工程学期末复习重点

1 组织工程学 第一章 ★1.组织工程学的定义 组织工程学是应用生命科学和工程学的原理与方法，在正确认识哺乳动物的正常和病理状态下组织结构与功能特点的基础上，研究、开发用于人体各种组织或器官损伤后的器官修复和重建的生物替代物，从而恢复人体器官正常的功能和形态结构的一门新兴科学 2.组织工程学的研究策略和方法 （1）研究策略：3 • 将患者或捐献人体上新分离或培养的细胞及细胞群体注入受伤组织或可降解支架中，形成组织复合物后再植入体内，进行器官重塑 • 首先将细胞与支架在体外联合培养产生活的器官，构建成人体需要的活器官，然后再植入动物或人体内，修复欠缺或代替缺损组织 • 组织的原位再生。直接将支架植入到损伤部位，依靠体内自身细胞的迁移进行重建局部组织，实现活体内器官或组织的自身修复 （2）常用的组织器官修复方法 3 • 同种异体器官移植 • 自体组织移植 • 人工合成组织代用品 3.组织工程学研究的基本问题 （1）种子细胞的研究 种子细胞的类型 自体细胞、同种异体细胞、胚胎干细胞、异体细胞 补：种子细胞来源及调控 补：生物因子 （2）支架的研究 支架的重要性 细胞培养的过程就是种子细胞与支架的融合并获得生长的过程，其中支架是细胞停泊和生长的支撑和环境，获得好的支架材料是细胞培养能否成功的关键之一 支架的要求：7 ① 生物相容性好、无致毒性，无致炎症反应和无致畸致癌的作用 ② 体内降解速度与组织构建同步、产物无害、能完全被吸收或排出体外、不在体内残留 ③ 有一定的力学强度 ④ 可塑性好 ⑤ 材料的孔径和孔隙率适度，微孔分布与走向符合器官力学特点、生长规律并配布均衡 ⑥ 材料具有适宜及诱导组织再生能力 ⑦ 细胞与支架无严重的相互作用 6.常用术语： 细胞类术语 细胞周期、分化、染色体、成体干细胞,细胞周期依赖性蛋白激酶,脑源性神经生长因子,骨形态形成蛋白,细胞周期依赖性蛋白激酶,细胞因子,多能干细胞 第二章 种子细胞 2

种子细胞的基本要求 ①采用非侵袭手段或微创手段即可获得； ②分裂增殖能力强； ③功能旺盛； ④无或仅有极微弱的免疫排斥反应； ⑤能连续传代，并且传代培养后不发生形态、功能及遗传物质的改变。 种子细胞的主要种类 （一）自体种子细胞 （二）同种异体种子细胞 （三）异种细胞 （四）胚胎干细胞 ★干细胞 1定义:可从胚胎、胎儿或成人组织中分离出来, 其主要特征为在特定的条件下可长期无限增殖(成体干细胞则可在个体存活期内不断自我复制), 并可分化为至少一种类型以上的特殊细胞。可简单概括为具有自我更新(增殖)和分化能力的细胞 2特征:具有自我更新(增殖)和分化能力 3分裂方式: ★对称分裂：形成两个相同的干细胞 ★非对称分裂：一个子细胞保持亲代的特征，仍作为干细胞保留下来，另外一个子细胞不可逆的走向分化的终端成为功能专一的分化细胞 分类 ★按照发生学来源，干细胞可以分为 胚胎干细胞(embryonic stem cell，ES细胞) 成体干细胞(adult stem cell) ★根据不同的分化潜能，干细胞可以分为 全能干细胞(totipotent stem cell) 多能干细胞(pluripotent stem cell) 单能干细胞(unipotent stem cell) 祖细胞 又叫前体细胞(progenitor or precursor cell)：是胚胎和成体组织中发生部分分化的细胞，可以分裂并形成某种类型的分化细胞。 ★祖细胞与干细胞的区别 1当一个干细胞分裂时，两个子代细胞中至少有一个是具有自我复制能力的干细胞 2当一个祖细胞分裂时，可以形成两个祖细胞or同时产生两个分化细胞，但这些细胞都失去了自我复制能力 3干细胞能分化成各种类型细胞；祖细胞的分化方向已比较确定

★胚胎干细胞ESC ★来源：4~5日胚胎(又称囊胚) 的内细胞团 ★特点： 1.具有发育全能性,在一定条件下有向3个胚层细胞分化的能力，在理论上可以诱导分化为机体中所有种类的细胞； 2.具有种系传递能力，能够形成嵌合体动物； 3.胚胎干细胞易于进行基因改造操作。 3

内细胞团在形成内中外3个胚层时开始分化。内胚层将分化为肝肺肠等，中胚层将形成骨骼、血液、肌肉等，外胚层将分化为皮肤、眼睛、神经系统等 ★成体干细胞ASC 定义(adult stem cell) ：指存在于分化组织中的未分化的细胞，并能分化成该细胞来源组织中的细胞成分(如表皮干细胞)。 有些成体干细胞(如骨髓间充质干细胞或脂肪干细胞)则可分化为其他组织中的细胞成分，如骨髓间充质干细胞可分化为软骨细胞等。 来源骨髓、血液、角膜、大脑、骨骼肌、牙髓、肝脏、皮肤、消化道上皮和胰腺等。 优点（与胚胎干细胞相比，在研究和应用方面） 1. 成体干细胞的自体移植避免了免疫排斥； 2. 成体干细胞在正常情况下处于静止状态，只有在病理情况下才显示出一定的自我更新潜能，不像胚胎干细胞具有无限的自我更新能力，因此成体干细胞导致癌变的可能性较小； 3. 成体干细胞的分化潜能比较局限，更容易向特定的组织细胞分化，也可以直接用于体内组织的原位修复； 4. 某种类型的成体干细胞有向同种组织的损伤部位迁移的趋势，这有助于临床应用干细胞来进行疾病替代治疗时的定位； 5. 分离和使用成体干细胞不存在伦理学问题。 其应用受到的制约因素 1. 目前尚未在人体的所有部位分离出成体干细胞； 2. 在一些遗传性疾病中，遗传错误也会出现在患者的干细胞中，这种干细胞是不适合移植的，而且由于环境因素的影响，成体干细胞有可能有基因突变等DNA异常； 3. 成体干细胞没有胚胎干细胞的增殖能力强。 ★临床应用  骨髓移植：主要用于治疗急慢性白血病,使急性白血病的长期生存率提高到50 %～70 %。

 外周血和脐血干细胞移植：用于治疗各种恶性血液病及非血液系统的实体瘤等。  人造皮肤是开发最早的组织工程产品：Apligraft是第一种获得FDA 批准的含有人体活细胞的组织工程产品。

 临床角膜移植、心肌细胞、骨骼肌细胞、胰岛细胞、神经细胞等。

★骨髓间充质干细胞BMSC ★定义：人骨髓中所含的细胞可以分为造血类细胞和非造血类细胞。 前者中含有的干细胞主要为造血干细胞，而后者中含有间充质干细胞，能够分化为骨、软骨、肌腱、脂肪、 皮肤和其他类型的细胞。 ★来源：存在于全身结缔组织和器官间质中，以骨髓中含量最为丰富 ★特点：具有高度自我更新能力、多向分化潜能 可分化为中胚层的骨、软骨、肌肉、脂肪细胞等，还可跨胚层分化为具有神经元or神经胶质细胞表型的细胞 优势：来源广泛、取材方便、对人创伤性较小；易在体外培养、扩增和诱导；取自自体，克服了使用胎儿组织的伦理学和免疫学方面的问题； 4

★分离方法 ① 差速贴壁筛选法 ② 密度梯度离心法 ③ 流式细胞仪分选法 ④ 免疫磁珠分选法 神经干细胞ＮＳＣ 定义是一类重要的成体干细胞，分布于成人及胚胎的中枢及周围神经系统。在生长因子、神经递质、激素及损伤、环境因素改变的刺激下，可分化为不同类型的神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞。 分布成人及胚胎的中枢及周围神经系统 主要分布于：脑室管膜、室下区、纹状体、海马齿状回等区域 脂肪干细胞ＡＤＳＣｓ 定义:从脂肪组织中分离得到的一群多能干细胞，具有向多种组织分化的潜能。 补：种子细胞的来源，原代培养以及传代培养的生物学特性，鉴定 二、未分化细胞的获取培养 1.胚胎干细胞： 概念当受精卵分裂发育成囊胚时，内细胞团的细胞即为ESC 特性具有发育的全能性，能够自我更新并具有分化成体内所有组织的潜能 获取方法以昆明小鼠ESC的分离与培养为例： 饲养层细胞的制备――囊胚的获得――囊胚的培养――内细胞团的分离――ESC的鉴定

2.成体干细胞 以SD大鼠BMSC的分离与培养为例： 处死、取骨、清除、漂洗――收集骨髓、离心、分离――重悬、接种培养――传代、观察――鉴定 第三章 组织工程支架材料 支架材料 ★按来源分类 1.天然支架材料:珊瑚、海藻（酸盐类）、黏多糖、软骨素、胶原类、壳聚糖等； 2.人工合成支架材料:各种多聚物类高分子材料、金属合金、陶瓷、硅胶等。 ３．新型生物材料 构建的基本原则 ①须经无污染的处理：严格无菌和无毒操作，避免任何病原微生物和有毒物质的污染。 ②须为细胞提供生存和分化良好的微环境：根据修复材料的大小，设计其材料内部的孔隙率，使其适合种子细胞存活、生长、发育并产生功能，或使其植入生物体后，体内的细胞能够沿着材料内部的孔隙进行迁移并行使功能从而逐渐替代所植入的支架材料。 ③植入人体后在自身修复过程中适时降解 组织工程支架材料在植入人体后必须适时降解，为人体自身修复创造出更好的空间

★常用生物支架特征：5 1) 良好的生物相容性,不引起炎症反应,排异反应和毒性反应；

2) 良好的生物降解性和可吸收性，能彻底地被自身组织替代。降解率应与组织细胞生长率相适应, 降解时间应能根据组织生长特性作人为调控。 3) 良好的可塑性：可塑造为任意三维结构，与机体原有特定形状保持一致。