组织工程学期末复习重点Word格式.docx

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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（embryonicstemcell，ES细胞）

成体干细胞（adultstemcell）

★根据不同的分化潜能，干细胞可以分为

全能干细胞（totipotentstemcell）

多能干细胞（pluripotentstemcell）

单能干细胞（unipotentstemcell）

祖细胞

又叫前体细胞（progenitororprecursorcell）：

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。

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（adultstemcell）：

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。

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

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；

★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。

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。

4）良好的表面化学特性和表面微细结构：

有利于细胞的粘附和生长。

5）为细胞创造良好的微环境条件：

生物材料的孔径、方向、纤维结构及涂层细有利于细胞的生长发育和迁徙。

1.天然可降解生物材料

1）胶原

•在动物体内含量丰富，是细胞外基质中的框架结构，具有高度的抗张力，有助于保持其结构的完整性

•20种左右的胶原结构有共性--原胶原（胶原分子）均由三条相同或不同的α链形成三螺旋结构，每条α链的组成可以用（Gly-X-Y）n来表示

•可塑性好，容易加工成型，有生物塑料之称

•人工皮肤、人工血管、肌腱、晶体、角膜和骨等的支架材料

•缝合线、烧烫伤敷料及化妆品领域等

2）弹性蛋白

•由两类短肽段交替排列构成（疏水肽段—使分子具有弹性；

含有大量丙氨酸和赖氨酸残基的a螺旋—可在相邻分子间形成交联）

•氨基酸组成与胶原相类似，亦富含甘氨酸及脯氨酸，但很少含有羟脯氨酸，而不含羟赖氨酸，所以不具备胶原特有的Gly-X-Y序列，不能形成规则的三股螺旋结构

•通过赖氨酸残基参与交联形成具有高弹性的网状结构

3）藻酸盐

•从褐藻中提取

•带负电荷，能同带正电的分子牢固结合

•具有良好的生物相容性

•用作药物制剂的添加剂、伤口敷料、止血剂、药签等

•用于移植材料和组织工程

4）甲壳素及壳聚糖

•甲壳素存在于虾蟹等的外壳、海藻真菌等的细胞壁中，资源丰富、分布广泛

•壳聚糖是甲壳素的脱乙酰化产物，无毒、无味、有良好的生物相容性

•都有复杂双螺旋结构，易于进行理化性质的改变，故有很多衍生物

•可吸收缝合线、人工皮肤、支架材料等

5）纤维素

•植物和真菌细胞壁的主要成分，自然界数量最多的碳水化合物

•血液透析材料、人工肾、模拟人工肺、埋植材料、齿科修补材料

6）透明质酸HA

•带负电荷最大的粘多糖

•主要来源是：

鸡冠，人脐带和动物眼球，提取的透明质酸一般以游离状态存在，易于分离纯化和规模化生产

•极强的吸水性—天然保湿因子

•是人体自身的基质成分，外源性HA抗原性极低，生物相容性极好

•眼科手术、关节病治疗、组织修复等

7）珊瑚

•含有大量碳酸钙和少量有机质

•数量很大，能够满足组织工程大量需求

•呈多孔状，类似骨松质，利于血管和组织的长入。

•其成分及结构与矿化骨相似，植入后可与骨组织直接结合，两者间不形成纤维组织

•来源广泛，具有良好的生物相容性和可降解性，加工处理方便

•新型的生物活性移植骨材料

人工合成的可降解生物材料

优点：

①其组成成分、分子量、表面微结构、大体形态、机械性能、降解时间等都能预先设计和调控，

②最后基本降解完全，避免了长期异物反应的危险，

缺点：

缺乏细胞识别信号，不利于细胞特异性粘附及特异基因的激活。

★分类

1聚乳酸类：

PLA、PGA、PLGA等

2微生物聚酯类：

3-羟基丁酸等

3共聚物：

聚酰胺共聚物等

3.新型生物材料

1）纳米生物材料

2）复合生物材料（分类6、优势-举例3）

常用无机材料名称：

•羟基磷灰石HAP

•磷酸三钙TCP

•生物活性玻璃陶瓷BGC

①无机—无机复合材料，如：

HAP/β-TCP复合材料（双相磷酸钙BCP）。

既保持了生物活性，又使强度得到明显提高。

其骨传导性优于单一的HAP或β-TCP

BCP的成骨机理是以HAP为骨架，β-TCP降解提供钙、磷源，使新骨不断长入β-TCP降解后所形成的空隙中。

②无机—金属复合材料，如：

金属无机涂层材料，羟基磷灰石涂层材料。

③无机—有机复合材料,如：

HAP/PLA复合材料。

Ø

可以提高材料的韧性，满足机械强度的要求；

PLA的酸性降解产物可以被HAP缓冲，同时HAP的骨诱导性可提供良好的骨细胞粘附生长环境

复合物的多孔结构则为细胞生长、组织再生以及血管化提供了条件，在骨组织工程中具有较高的应用前景。

④有机—有机高分子复合材料，如：

聚丙烯酰基羟乙基淀粉-PLGA复合材料

⑤天然—天然高分子复合材料，如：

胶原蛋白-壳聚糖复合材料，胶原蛋白-透明质酸复合材料。

⑥天然高分子—无机复合材料，如：

HAP-胶原复合材料。

与其它骨组织替代材料相比，HAP/胶原复合物的生物相容性是比较理想的，与骨组织也可以达成理想的结合，有利于骨组织的重生，所欠缺的是其机械性能较差。

3）镁基可降解生物材料

①生物力学相容性--与骨密质差异小

密度：

1736kg/m3弹性模量：

45GPa抗拉强度：

200MPa

②可吸收降解，无需二次手术

4）智能材料（三要素：

感知、驱动、控制）

常用天然支架材料及其制备与应用

一、胶原的制备

★胶原的分离和提纯（了解胶原的提取和纯化的基本方法）

胶原是构成皮肤、骨骼、肌腱等组织的主要成分，所以胶原通常从这三种组织中提取。

实验室中我们通常利用加入酸、碱、盐或蛋白酶的方法来促进胶原的融解，然后改变pH或盐的浓度，使胶原沉积，便于离心分离。

反复的融解沉积可以提高胶原的纯度。

鼠尾的肌腱主要由Ⅰ型胶原组成，用鼠尾制备胶原是实验室中最常用的方法。

（初步分离—提纯—保存）

★胶原的交联（常用方法）

胶原共价交联后抗张强度进一步增强，可以降低在体内的降解速度，减轻抗原性。

胶原的交联方法有脱水加热法和化学方法，其中以戊二醛化学方法最为常用

四、脱细胞骨组织及其制备

★骨组织形成过程中，唯一能够单独诱导骨髓间充质干细胞向骨组织分化的生长因子是SMP（骨形态发生蛋白）

•骨组织构成：

钙化的骨细胞外基质（骨基质）+多种细胞如骨C、成骨、破骨C等

•骨组织的有机成分由成骨细胞分泌形成，主要有胶原、多糖及蛋白、脂肪等

•骨的无机成分中磷酸钙占83%，其它还有碳酸钙、磷酸镁、氯化钙及少量钾、钠、锶盐等。

•骨的无机成分为骨提供适当的强度，而有机成分赋予高韧性、低模量以及其它高分子材料所具有的力学性能，其二者紧密结合使骨组织十分坚硬

2.脱细胞骨基质

理想的骨组织工程细胞外基质材料应具备以下的特性：

①良好的生物相容性和生物降解性；

②良好的骨引导性和骨诱导性；

③可塑性和一定的机械强度

★骨组织的有机成分由陈鼓细胞分泌而成，主要有胶原，多糖，蛋白，脂肪等组成

第四章生长因子在组织工程中的应用

■第一节生长因子的概念与常用的生长因子

★生长因子的概念：

由组织和细胞产生的，对细胞生长及分化具有显著调节作用的一类多肽或蛋白质。

生长因子通过细胞信号转导系统，促进或抑制细胞的分裂增殖、迁移和基因表达。

★列出几中常用的生长因子名称（中文名+英文缩写）转化生长因子-βTGF-β、骨形态发生蛋白BMP、碱性成纤维细胞生长因子bFGF、表皮生长因子EGF、胰岛素样生长因子IGF、血管内皮细胞生长因子VEGF

生长因子

1来源：

生长因子（GF）是由活细胞产生的刺激细胞生长和调节细胞活动的肽类物质，

2分子特征：

它们的相对分子量大多为5000-50000的肽类或小的蛋白质，

3浓度：

正常时生长因子在体内的生理浓度很低，以10-9克分子浓度起作用。

★分泌方式：

1.自分泌（autocrine）：

由某种细胞产生并作用于细胞自身；

2.旁分泌（paracrine）：

细胞分泌的生长因子作用于邻近的其他类型细胞，对合成、分泌该生长因子的自身细胞不发生作用，因为它缺乏相应受体。

3.内分泌（endocrine）：

生长因子从细胞分泌出来后，通过血液运输作用于远隔靶细胞。

如：

血小板源生长因子（PDGF）源于血小板，作用于结缔组织细胞。

■常用生长因子种类

■一、转化生长因子-β

■TGF-β的受体：

位于细胞表面，有I~V5种类型。

■TGF-β的生物学作用：

■1,促进细胞增殖2,调节细胞分化

■3,促进细胞外基质合成，4，免疫调节作用

二、骨形态发生蛋白（BMP）

■1.性质：

成熟的BMP蛋白结构是由二硫键连接的同型或异形二聚体。

■2.受体

■细胞膜表面，I型、II型；

■属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶受体

■3.BMP的生物活性：

■1）诱骨活性；

2）胚胎发育中的作用。

■3）在神经发育和修复中促进神经元的成熟和突触形成。

4）促进造血发生。

5）诱导细胞凋亡6）促进精子发生及胚胎形成。

7）促进肝细胞增殖。

8）其他。

三、碱性成纤维细胞生长因子

■bFGF主要分布：

垂体，脑，神经，视网膜、肾上腺和胎盘。

■生物学作用：

1~6

■1．促血管生长作用，2．创伤愈合与组织修复3．组织再生4．胚胎的发育和分化：

5．调节内分泌的作用6．神经营养作用

四、表皮生长因子EGF

■分子结构：

活性部分仅为53个aa残基的单链多肽，分子量6054kd

生物学作用：

1.促进低分子化合物转运的增加。

2.促进糖酵解、RNA与蛋白质合成及诱发DNA合成、促进细胞分裂等。

五、胰岛素样生长因子（IGF）

•IGF为骨塑形改建过程中的调节因子，分子量为7.60KU，骨骼组织及非骨骼组织均可合成IGF。

在体内有两种IGF存在。

•IGF-I在骨细胞的代谢过程中发挥重要作用；

IGF-II又称骨骼生长因子

六、血管内皮细胞生长因子

•VEGF在血管新生中起重要作用：

•①VEGF促进血管腔内和腔外血浆成分代谢

•②VEGF刺激内皮细胞产生纤溶酶原激活物（uPA和tPA）、纤溶酶原激活物抑制剂-1（PAI-1）和胶原酶，并使蛋白分解增加而引起血管外基质成分改变，为内皮细胞迁移创造条件。

•③VEGF刺激内皮细胞增殖

•④VEGF促进内皮细胞的迁移，这是从血管前体形成内皮分支重要的一步。

•⑤VEGF抑制内皮细胞的凋亡。

第二节生长因子的控制释放

■一、概述

■★

（一）生长因子控制释放的必要性

■生长因子在体内的应用还存在一些问题，主要原因是它的高扩散性和半衰期短使其自身的生物学活性难以长期保持。

一般其半衰期是数秒至数分钟，最长不超过数小时，有的甚至不能在溶液中稳定存在。

局部直接应用生长因子可在较短时间内发挥作用，但在生理环境下很容易使之迅速失活，不产生预期的生理效应。

■根据高分子的疏水特性采用药物控制释放技术．即采用生物降解性材料对生长因子进行保护---

■使之在有水环境下既保持活性，又能防止生长因子与水接触，达到持续释放或控制释放的目的，这是使生长因子能在组织工程器官构建过程中得到有效应用的关键。

（二）控制释放技术的应用

■（理解速释、缓释、零级释药）

生长因子的控释材料

■

（一）载体材料分类：

■1.常用的载体材料：

■1）按照作用特性分：

■膜控释型材料和骨架型控释材料

■2）根据生物降解行材料的来源分：

■天然可降解性材料（明胶、壳聚糖、纤维素、蛋白质、羟基磷灰石、珊瑚及其衍生物等），

■人工合成生物降解性材料（聚乳酸、聚几内酯、聚原酸酯、聚酸酐等）

■2．合成的高分子材料PLGA作为控释材料的优点（与生物材料相比）：

■

（1）具有生物相容性；

■

（2）生物可降解性

（3）无免疫刺激性

■（4）性能的良好重现性。

三、生长因子的控制释放体系的形式

■1．高分子微包囊

■2.水凝胶

■3.脂质体

■4.纳米控释载体

■5.胶束

■6.电纺丝超细纤维体系

■7.非病毒基因载体控释系统

四、生长因子控制释放体系存在的问题

■1.“突释效应”造成释药早期药物大量释放的问题

■2.生长因子的活性不能持久保持的问题

■3.多因子控释和靶向控制策略有待进一步优化

■4.控释结果的评价缺乏客观性标准

第五章种子细胞与支架材料的联合培养

■★体外构建工程化组织可归纳为两条技术路线

■1.将支架材料按设计要求，预成形为特定的形态，再接种细胞，经体外长时间联合培养，发育成为成熟组织，然后植入体内，修复组织缺损。

■2.种子细胞与非定形、体积较小的支架材料在体外经过短时间联合培养后，即植入体内，在体内正常的营养环境及生物力学条件下，继续生长发育。

■二、细胞与支架的接种技术

■1.浸渍法

■2.沉淀法

■3.吸附法

■4.凝胶法

5.动态培养系统

第二节细胞示踪技术

■细胞示踪技术：

指在体外将细胞标记上特异的标志后，植入动物体内进行追踪，研究其在体内的迁移、增殖和转归。

■主要有：

病理学示踪和非病理学示踪，

■★病理学示踪-需在移植后的一定时间内处死实验动物，切片后进行免疫荧光或免疫组化分析；

■★非病理学示踪-应用于活体，主要是无创性影像学技术，包括核医学分子显像技术活体示踪、磁共振成像（MRI）活体示踪。

■★理想的活体细胞示踪剂应具备的特征：

■1安全性

■2灵敏度

■3特异性

■4长久性

■5空间分辨力

■活体示踪干细胞常用的细胞标记物质（非病理学）

主要通过以下两种技术：

1.核医学分子显像技术活体示踪干细胞

2.磁共振成像（MRI）活体示踪干细胞

第三节生物反应器的原理和技术

■★生物反应器的概念

■生物反应器是利用酶或生物体（如微生物）所具有的生物功能，在体外进行生化反应的装置系统，是一种生物功能模拟机，如发酵罐、固定化酶或者固定化细胞反应器等。

生物反应器是生物反应过程中的关键设备。

■生物反应器的种类：

■1.膜式生物反应器：

膜式生物反应器的主要原理是通过一个起传质作用的透析性膜进行气体交换。

用于组织培养旋转式生物反应器都是通过膜来进行气体交换的。

膜式生物反应器可使气液交换分开，避免反应器内气泡和流体剪应力的产生；

细胞或组织留在反应器内，反应器连续灌流；

采用膜包埋技术，适合培养容易受到剪应力破坏的细胞。

■2.旋转壁式生物反应器

■旋转壁式生物反应器是一种水平旋转的、无气泡的、膜扩散式气体交换的培养系统，由内外同心圆筒组成。

主要原理：

内外筒绕水平轴或垂直轴旋转，带动其内的培养液和培养物作绕轴运动，在动态培养环境中进行气体交换。

第七章应用组织工程学方法修复组织和器官损伤

第一节皮肤损伤的修复和临床应用

组织工程化皮肤的分类有哪些？

1.表皮替代物（epidermalreplacement）

2.真皮替代物（dermalreplacement）

3.复合皮肤替代物（compositeski