干细胞与组织工程
干细胞与组织工程
干细胞与组织工程随着生命科学的飞速发展，目前组织工程、干细胞研究已经成为21世纪生命科学研究的焦点和前沿领域。
组织工程研究涉及种子细胞、生物支架材料以及组织构建等众多研究方向．干细胞研究则有望解决组织工程研究中的种子细胞来源问题，可能成为组织工程研究中的理想种子细胞。
一“组织工程”的概念1 “组织工程”的产生和发展组织、器官的损伤或功能障碍是人类健康所面临的主要危害之一，也是人类疾病和死亡的最主要原因。
据美国的一份资料显示，每年有数以百万计的美国人患有各种组织、器官的损伤或功能障碍，每年需进行800万次手术进行修复，年住院日在4000万～9000万之间，年耗资超过400亿美元。
随看现代外科学的发展，人类对组织、器官缺损的治疗有了很大的进步，但仍然存在许多问题。
目前临床常用的治疗方法有三种：1.自体组织移植、2.异体组织移植、3.人工合成组织代用品组织工程是近年来正在兴起的一门新兴学科,1984年， Wolter首先提出“组织工程”（Tissue Engineering）一词。
1987年，美国国家科学基金会于正式提出和确定“组织工程”一词，开辟了组织工程学研究的新纪元。
它是应用生命科学和工程学的原理与技术，在正确认识哺乳动物的正常及病理两种状态下结构与功能关系的基础上，研究、开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态生物替代物的科学。
从事组织工程研究的科学家们利用细胞生物学、分予生物学以及材料科学等学科的最新技术，像工厂生产零部件一样，针对患音组织或器官缺失情况，利用构成组织或器官的基本单位——细胞以及为细胞生存提供空间的支架材料，在体内外培育出所需的人体组织或器官．需要多少就培育多少．量体裁衣制备完成后再给患者安装上去。
组织工程研究的核心是建立由细胞和生物材料构成的三维空间复合体。
这一三维的空间结构为细胞提供了获取营养、气体交换、排泄废物和生长代谢的场所，也是形成新的具有形态和功能的组织、器官的物质基础。
干细胞技术与组织工程
干细胞技术与组织工程干细胞技术与组织工程是当今医学领域备受瞩目的前沿技术，它们为治疗各种疾病和损伤提供了全新的思路和方法。
干细胞具有自我更新和多向分化的能力，可以分化为各种类型的细胞，因此被认为是修复和再生组织的理想来源。
组织工程则是利用细胞、支架和生长因子等生物材料构建人工组织和器官，为重建受损组织提供了新的途径。
本文将从干细胞技术和组织工程的基本概念、应用现状以及未来发展方向等方面进行探讨。
一、干细胞技术干细胞是一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞，根据其分化能力和来源的不同，可以分为胚胎干细胞和成体干细胞两大类。
胚胎干细胞来源于早期胚胎，具有最广泛的分化潜能，可以分化为人体的任何细胞类型；而成体干细胞存在于成体组织中，分化潜能较低，主要起到组织修复和再生的作用。
1.1 胚胎干细胞胚胎干细胞具有最广泛的分化潜能，可以分化为各种类型的细胞，包括心脏细胞、神经细胞、肌肉细胞等。
它们通常来源于早期受精卵，通过体外培养可以获得大量的干细胞。
胚胎干细胞的应用主要集中在疾病治疗和再生医学领域，如心脏病、糖尿病、神经退行性疾病等。
1.2 成体干细胞成体干细胞存在于成体组织中，包括骨髓干细胞、脂肪干细胞、神经干细胞等。
它们具有一定的分化潜能，可以分化为相应组织的细胞类型，用于组织修复和再生。
成体干细胞的应用范围较广，包括骨髓移植、软骨修复、皮肤再生等领域。
二、组织工程组织工程是利用细胞、支架和生长因子等生物材料构建人工组织和器官，旨在重建受损组织和器官，为临床治疗提供新的选择。
通过组织工程技术，可以实现体外培育组织工程器官，或者在体内种植人工组织，为患者提供个体化的治疗方案。
2.1 细胞在组织工程中，细胞是构建组织和器官的基本单位，可以是干细胞、成体细胞或iPS细胞等。
不同类型的细胞具有不同的特性和应用范围，选择合适的细胞来源对于组织工程的成功至关重要。
2.2 支架支架是支撑细胞生长和定向分化的载体，可以是生物材料或人工材料制成。
第七章干细胞与组织工程
中的多能干细胞。
二、胚胎干细胞（Embryonic Stem cell, ES细胞）
（一）定义：当受精卵分裂发 育成囊胚时，内层细胞团的细 胞即为胚胎干细胞。 ES细胞的研究可追溯到上世纪 五十年代，由于畸胎瘤干细胞 （EC细胞）的发现开始了ES 细胞的生物学研究历程。
胚胎干细胞和成体干细胞的比较
霍金批评欧美人士试图禁止人类胚胎 干细胞研究
中国人对胚胎干细胞研究的看法 比较一致
• 大多数中国人能够接受此项研究,主要是 受儒家思想的影响。儒家很早以前就已 经指出，人生出来的时候，人才开始。 按照大多数中国人的看法，胚胎还不是 人，不涉及人权问题。
伦理冲突
• ES研究也引发了当前最为激烈而敏感的伦 理之争。主要围绕如何看待胚胎。ES主要 有三个来:
• （1）（自然和人工）流产的胚胎； • （2）辅助生殖剩余的胚胎； • （3）通过体细胞核转移术得到的胚胎。
• 不管哪一个来源，提取ES必定会损毁胚胎。 于是，胚胎是不是生命，是不是人，研究 ES是不是“毁灭生命”、“杀人”，很自 然地成为争论的焦点。
新进展
※ 1999年12月，美国《科学》杂志公布了当年世界科 学进展的评定结果，干细胞的研究成果列在举世瞩目耗 资巨大的人类基因组工程之前，名列十大科学进展首位。 ※ 2002年3月，美国麻省理工学院的科学家宣布，他们 首次利用人体胚胎干细胞培育出毛细血管，证明了胚胎 干细胞技术在治疗心血管疾病等领域的应用潜力。
干细胞技术与组织工程
干细胞技术与组织工程干细胞技术与组织工程是当今医学领域备受关注的前沿技术，它们为治疗各种疾病和损伤提供了全新的可能性。
干细胞具有自我更新和分化为多种细胞类型的潜能，而组织工程则是利用细胞、支架和生长因子等材料构建人工组织或器官。
本文将探讨干细胞技术与组织工程在医学领域的应用及其前景。
一、干细胞技术的原理与类型干细胞是一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞，可以分为胚胎干细胞和成体干细胞两大类。
胚胎干细胞来源于早期胚胎，具有最广泛的分化潜能，可以分化为人体的各种细胞类型；而成体干细胞存在于成体组织中，具有一定的分化潜能，可以修复和更新组织细胞。
在干细胞技术中，研究人员可以通过体外培养和诱导分化的方法，将干细胞分化为需要的特定细胞类型，如心脏细胞、神经细胞、肝细胞等，用于治疗各种疾病和损伤。
干细胞技术的突破为医学领域带来了巨大的希望，尤其是在再生医学和组织工程方面有着广阔的应用前景。
二、组织工程的概念与应用组织工程是一种利用细胞、支架和生长因子等生物材料构建人工组织或器官的技术。
通过组织工程，研究人员可以在体外培养出具有特定功能的组织工程产品，如人工皮肤、人工骨骼、人工心脏等，用于替代或修复受损组织。
组织工程的应用领域非常广泛，包括再生医学、器官移植、药物筛选等。
例如，利用组织工程技术可以制备出与患者自身组织相容的人工器官，解决器官移植的供需矛盾；同时，组织工程还可以用于疾病模型的建立和药物研发，为临床治疗提供更多选择。
三、干细胞技术与组织工程的结合干细胞技术与组织工程的结合，为医学领域带来了更多可能性。
研究人员可以利用干细胞分化为特定细胞类型，然后将这些细胞种植到支架上，通过组织工程构建出功能性的人工组织或器官。
这种结合技术不仅可以解决组织工程中细胞来源的问题，还可以提高人工组织的生物相容性和功能性。
干细胞技术与组织工程的结合在再生医学领域有着广泛的应用前景。
例如，利用干细胞分化为心脏细胞，再通过组织工程技术构建出人工心脏，可以为心脏病患者提供更好的治疗选择；同时，利用干细胞分化为神经细胞，再通过组织工程技术构建出人工神经组织，可以用于治疗神经退行性疾病等。
生物技术中的干细胞和组织工程学
生物技术中的干细胞和组织工程学生物技术是近年来发展迅速的一门领域，它涵盖了多个方面的研究。
其中，干细胞和组织工程学是生物技术中的两个重要分支。
干细胞是指能够分化成多种类型细胞的未成熟细胞，而组织工程学是一门利用生物技术制造人工组织和器官的学科。
干细胞和组织工程学的研究对医学科学有着重要意义，它们可以帮助医生治疗多种疾病，改善人类的生命质量。
一、干细胞干细胞是一种未成熟的细胞，它具有自我复制、分化成各种细胞类型的潜能。
在人体中，干细胞可以分为胚胎干细胞和成体干细胞两种。
胚胎干细胞来源于人类早期胚胎的内层细胞团，它们具有高度自我更新和多潜能分化的能力，可以分化成人体内的所有类型细胞。
由于胚胎干细胞来源于人类早期胚胎，因此在使用胚胎干细胞进行研究和治疗时，会引起伦理道德问题和争议。
相对于胚胎干细胞，成体干细胞更易获得且不具有伦理争议。
成体干细胞存在于成年人和幼年人身体中的许多组织和器官中，如骨髓、脂肪、皮肤等。
成体干细胞可以分化成多种不同类型的细胞，包括心脏细胞、神经细胞、骨细胞等等，因此可以用于治疗多种疾病。
二、组织工程学除了干细胞，组织工程学也是生物技术中的一个重要分支。
它利用生物技术和工程学技术来制造人工组织和器官。
组织工程学可以使用多种类型的细胞、支架材料和生长因子来促进组织和器官的生长。
一旦人工组织和器官的开发成熟，医生就可以使用它们来治疗多种与人体组织和器官相关的疾病。
当前，组织工程学已经在许多领域得到了应用，比如皮肤移植、软骨修复等。
由于组织工程学可以使用成体干细胞和其他多种类型的细胞，因此还可以制造血管、肝脏、心脏等人工器官。
这些器官可以用于替代生物体内出现问题的器官，从而实现器官移植。
三、干细胞在组织工程学中的应用在组织工程学中，干细胞是一种非常重要的细胞类型。
干细胞可以分化成多种类型的细胞并成为组织和器官的主要组成部分。
例如，用干细胞制作的人工心脏可以促进心脏组织的再生，从而提高心脏功能。
干细胞移植与组织工程的关联研究
干细胞移植与组织工程的关联研究引言：干细胞移植和组织工程是当今医学领域备受关注的研究方向。
干细胞移植通过将干细胞注射到患者体内，以修复或替代受损组织和器官。
组织工程则是通过培养和构建新的人工组织或器官，以发展医学上的替代治疗方法。
这两个领域在细胞和生物技术方面的快速发展促进了它们的关联研究。
本文将探讨干细胞移植和组织工程在临床治疗和科学研究中的重要性和应用前景。
一、干细胞移植的原理和应用1. 干细胞的特点和来源：干细胞是一类具有自我更新和多向分化能力的细胞。
主要的来源有胚胎干细胞和成体干细胞。
胚胎干细胞来源于早期胚胎，具有较强的分化潜能。
成体干细胞则存在于成体组织中，分化能力相对较低。
2. 干细胞移植的临床应用：干细胞移植在临床上已被广泛应用于多种疾病的治疗，如造血干细胞移植用于治疗白血病和骨髓疾病，干细胞移植也用于重建受损组织，如心肌梗塞的治疗等。
3. 干细胞移植的挑战：尽管干细胞移植具有广阔的应用前景，但仍面临着许多挑战。
例如，干细胞的来源和获取、移植过程中的免疫排斥反应、潜在的病理性分化等都是需要解决的问题。
二、组织工程的原理和应用1. 组织工程的基本原理：组织工程通过利用人工材料或支架与体内的细胞相结合，培养和构建人工组织和器官。
这些支架提供了细胞黏附、增殖和分化的环境，促进新组织的生长。
2. 组织工程的临床应用：组织工程在临床上的应用前景广泛，包括皮肤替代和修复、骨骼再生、血管重建等。
通过利用组织工程方法，可以为患者提供相对成熟的组织和器官，从而改善生活质量。
3. 组织工程的挑战：组织工程面临着材料选择和植入过程、细胞培养和分化、生物活性和机械性能等多方面的挑战。
此外，尚需进一步解决与生物相容性和移植相关的问题。
三、干细胞移植与组织工程的关联研究1. 干细胞移植与组织工程的共同点：干细胞移植和组织工程在细胞和生物技术上具有许多共同点。
它们都需要具备细胞培养、移植和分化的技术，以及适当的支架或生物材料来支持细胞生长和组织构建。
干细胞技术在组织工程中的应用
干细胞技术在组织工程中的应用近年来，干细胞技术在组织工程领域的应用越来越广泛，成为医学界的研究热点之一。
干细胞是一种具有自我更新和分化能力的特殊细胞，可以分化为多种类型的细胞，如神经细胞、心肌细胞等。
这使得干细胞成为组织工程的理想来源，以修复受损组织及治疗各种疾病。
一、干细胞的基本特性干细胞是一类具有自我更新和分化能力的细胞，它们可以在体内或外部环境中自行分化为多个细胞类型，如肌肉细胞、脂肪细胞和神经元等。
与其他成体细胞相比，干细胞有着明显的优势，因为它们有以下特点。
1. 自我更新能力干细胞具有自我更新能力，能一直分化生成相同的干细胞。
这种自我更新机制使得干细胞能长时间存活，并保持其细胞模式，具有长期分化能力。
2. 分化能力干细胞分化成为多种细胞类型的能力被称为分化能力。
通过改变其环境中的化学因子、生物因子或生理因素，干细胞可以分化为不同种类的细胞，如心肌细胞、神经元和骨细胞等。
这使得干细胞成为非常有用的资源。
3. 改性和操纵能力干细胞可以通过分离、分化和组装，改变其特定的分化模式和任意组织模式。
利用这种能力，可以让干细胞像基因工程实验中的工具一样，来调控组织工程中的成体细胞。
二、干细胞技术在组织工程中的应用由于干细胞具有多样性和自我更新能力，因此被广泛应用于组织工程。
组织工程通常包括三个步骤：细胞分离、细胞扩增和移植。
干细胞可被用来代替或促进这三个步骤。
1. 替代性注射替代性注射是一种将干细胞直接注入受损组织的方法，以促进其自我修复和再生。
该方法已经成功应用于体表和内部组织的再生，如骨骼、心肌和大脑等。
因此，干细胞注射被广泛应用于组织修复和再生的研究。
2. 组织工程的预制构件组织工程预制构件是一个特殊的组织工程领域，它利用干细胞来生产组织上的特定成分。
人工预制构件可以用于支持成体细胞在3D环境中的生存和分化。
3. 组织修复和再生干细胞可用于组织修复和再生。
组织修复和再生通过将干细胞定向分化成特定种类的细胞来实现，以生成受损组织所需的细胞类型和组织结构。
干细胞在组织工程中的应用
干细胞在组织工程中的应用干细胞是拥有自我更新和生物分化功能的细胞，具有替代受损和失去功能组织的潜力。
干细胞在组织工程中的应用，是近年来生物医学研究的热点话题。
本文将从干细胞的来源、类型、应用及临床前研究等方面，探讨干细胞在组织工程中的应用。
一、干细胞的来源和类型干细胞的来源有多种，包括胚胎干细胞、成体干细胞、诱导多能性干细胞等。
胚胎干细胞来源于早期胚胎，具有最大的潜能。
成体干细胞来源于成熟组织中具有自我更新和分化能力的细胞。
诱导多能性干细胞则是在成体细胞中诱导出的可发育成各种类型细胞的干细胞。
根据其分化潜能，干细胞可分为全能性干细胞和多能性干细胞。
全能性干细胞能发育成为人体各种细胞类型，如心、肺、肝、肌肉等。
多能性干细胞则仅能发育成部分细胞类型，比如造血干细胞只能发育成血细胞。
二、干细胞在组织工程中的应用1. 组织修复：干细胞将其自身分化为目标组织需要的细胞类型，用于替代受损细胞从而达到组织修复的效果。
如，使用骨髓干细胞移植替代心肌梗死的损伤心肌细胞，目前临床前研究已证实移植可促进心肌再生，并提高患者生活质量。
2. 组织重建：利用干细胞将特定类型的细胞种植到原生组织上，达到功能重建的目的。
如，通过使用肝脏干细胞并成活其分化为各种肝脏细胞，在肝脏移植术中可以替代受损的肝脏细胞，以达到组织重建的目的。
3. 疾病治疗：通过细胞外基质支撑体系（ECM）结合母细胞作为种子细胞进行组织工程重建，成功研制出肝、肺、心、皮肤等组织，用于治疗相关疾病，如骨折、各种血管疾病、器官损伤等。
三、临床前研究虽然干细胞的应用前景广阔，但临床前研究是必要的。
干细胞使用前，必须进行人工培养，以促进其成熟和分化，同时需要查检其品质和安全性。
干细胞移植可能会引发移植物排斥、感染、肿瘤发生等风险，因此，技术的完善和合理应用显得尤为重要。
在临床前的研究、安全性评价和品质控制方面，还需要进一步改进。
目前主要集中在评估干细胞的去除潜在的污染物、掌握培养和贮存干细胞的技术等方面。
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?转基因干细胞可使插入基因在其重建的组织 中持续表达
The Gene Therapy of
Hematopoietic Stem Cell
造血干细胞基因治疗
? 需要将外源基因整合到染色体上，因此常用逆转录 病毒；
? 造血干细胞转腺苷脱氨酶基因（ ada ），6年后在外 周血淋巴细胞尚可检测到表达；
重组载体如何进入细胞？
?Virus ：自主特异侵入； ?Naked DNA ：微注射或基因枪； ?Cationic polymer vec性不强；
The Advantages of Transgenic Stem Cell Therapy
转基因干细胞治疗的优点
胚胎干细胞诱导分化
造血细胞
上皮细胞
心肌、横纹肌细胞
胚胎干细胞分化为特定器官
Stem Cell and Gene Therapy
?基因治疗的两条途径： ? 体外途径：从病人体内获取细胞，体
外培养并进行基因转移后，重新输入 患者体内；
? 体内途径：直接将基因或改造后的病 毒（插入目的基因）导入人体患病组 织中；
?裸DNA（Naked DNA）； ?脂质体载体（Liposome vector）； ?阳离子多聚物载体（Cationic polymer
vector）；
Safety, Easy to manipulate
How could the reconstructed vectors pass into cell?
? 标记造血干细胞移植治疗急性白血病儿童， 8年后 尚可在外周血中检测到标记的血细胞；
? 造血干细胞基因治疗的临床效果大多不理想；
Neural Stem Cell (NSC)
神经干细胞（1）
?1992年，Reynolds 等首先从胎鼠和成鼠的 纹状体分离得到神经干细胞，形成球形细胞 团；可分化为神经系统的三种主要细胞：神 经元细胞、星形胶质细胞和少突胶质细胞；
Progresses of the Research of Tissue Engineering (5)
?2002年10月韩国与美国的科学家把干细胞置 于可被吸收的生化塑料小架子上，再放到受 中风严重破坏的老鼠脑部。 一个月之内，干 细胞形成了新的脑部组织 ，还刺激原有的脑 细胞生长。受损的部位已经大部分恢复。
The Kinds of Vector for Gene Therapy
Virus Vectors
?腺相关病毒 ?逆转录病毒 ?疱疹病毒； ?甲病毒；
弱免疫源性； 高效稳定转染非增殖 细胞； 较长期表达外源基因； 较低的致感染力；
缺点： 安全性不够理想； 操作难度较大；
Non-virus Vectors
Three Factors of Gene Therapy
?治疗基因或其它核苷酸； ?可携带治疗基因进入靶细胞的载体； ?将治疗基因-载体导入靶组织的装置（导
管、注射器等）；
Pathways of inducing gene into ES
?显微注射； ?逆转录病毒介导； ?电脉冲介导； ?基因重组（定点整合，基因打靶）； ?基因敲除（定点敲除）
?2002年2月日本京都大学再生医学科学研究所 用鼠胚胎干细胞培育出胰岛细胞。
Progresses of the Research of Tissue Engineering (2)
?2002年2月美国马萨诸塞州的先进细胞技术公 司从母牛耳朵取皮肤细胞的细胞核，与去核 卵电激融合，形成早期胚胎。取出其中的胚 胎干细胞，放在肾形可降解“支架”上生长， 获得外形和功能都似 牛肾的微型器官 ，可泌 尿，存活数月，不被排斥。
干细胞与组织工程
梁洁 2006.10.14
Stem Cell and Tissue Engineering
干细胞与组织工程
?组织、器官损伤或功能障碍是人类疾病和死 亡的最主要原因。
?现有组织、器官缺损的治疗途径及缺陷： ? 自体组织移植； ? 异体组织移植； ? 人工合成组织代用品；
Tissue Engineering
Progresses of the Research of Tissue Engineering (4)
?2002年7月美国的弗里德兰德等将实验鼠骨 髓的“内皮祖细胞”注入鼠眼，后者会附着 在视网膜内的星形细胞上，与原有血管相结 合形成新血管。
? 2002年9月美国波士顿弗西斯研究中心从小 猪体内提取牙齿干细胞，用酶催化后，放入 可降解牙模中，再植入小鼠腹部。在 30周内， 这些细胞长成包含珐琅质和牙质的牙冠。
针对患者组织或器官缺损的情况，利用 干细胞工程技术，诱导细胞定向分化，为其 提供空间支持材料，在体内外培育出所需的 人体组织。
今后可能进一步培育出人造器官。
Three Steps on the Research of Tissue Engineering
?制备干细胞，诱导定向分化； ?建立由细胞和可降解材料构成的三维空
Progresses of the Research of Tissue Engineering (3)
?2002年3月美国麻省理工学院罗伯特 ?兰格等 利用人胚干细胞培育出可能形成血管的组织， 将它们注入免疫抑制的鼠中，未受排斥， 14 天后形成毛细血管网。
?2002年6月澳大利亚的莫纳什大学研究人员在 世界上首次利用人干细胞培育出完整的功能 齐全的胸腺。
The Key of Gene Therapy
?选择安全、无毒、容易穿过细胞膜的基 因载体是将治疗基因导入细胞内的关键。
?理想载体的条件：
? 易获得高滴度的纯品； ? 能稳定、高效地转染体内非增殖状态的细胞； ? 可以长期、稳定地表达外源基因而不会引起细胞毒
性、感染或免疫应答； ? 能特异地识别靶组织，在其中表达外源基因；
间复合体； ?可降解材料在组织培育成熟后逐渐消失；
Progresses of the Research of Tissue Engineering (1)
?人工皮肤“Apligraf”已经在美国面市；
?2000年8月日本筑波大学把鼠肝干细胞体外培 养后移植到肝功能衰竭的鼠肝中，40天后干 细胞发育成新的肝组织，分泌出鼠肝特异清 蛋白。