2011組織工程導論復習題綱

1、2011組織工程導論復習題組織工程學概念 研究組織工程最基本的思路 組織工程研究最基本的思路是在體外分離、 培養(yǎng)細胞， 將一定量的細胞接種到具有一定空間結構的支架上， 通過細胞之間的相互粘附、生長繁殖，形成具有一定結構和功能的組織或器官。組織工程化組織構建方式? 體內(nèi)構建? 體外構建? 原位組織構建 簡述組織工程的優(yōu)點。1. 通過構建結構完整、功能完全、具有生命力的健康活體組織，對病損組織進行形態(tài)、結構和功能的 全面重建。2. 所形成的組織在體內(nèi)與機體正常組織整合良好，可對體內(nèi)各種生物學刺激產(chǎn)生應答，并可永 久性替代。 3. 以最少量的組織細胞經(jīng)體外培養(yǎng)擴增后，修復體積較大的組織缺損，達到無損

2、傷和真正意義 上的功能重建。 4. 可根據(jù)組織器官缺損情況，構建相應形態(tài)與結構的組織，達到完美的形態(tài)修復。 理想的組織工程用材料應具備什么條件？良好的生物相容性、良好的生物降解性、具有三維多孔立體結構、可加工性和有一定的機械強度、 良好的材料- 細胞界面、良好的消毒性能。生物相容性 是生物醫(yī)用材料與人體之間相互作用產(chǎn)生各種復雜的生物、 物理、 化學反應的一種概念。材料與機體之間的相互作用使各自的功能和性質受到影響。組織工程支架材料需要具有三維多孔結構 合適的孔尺寸、高的孔隙率和相連通的孔形態(tài)，以利于大量細胞的種植、細胞和組織的生長、細胞 外基質的形成、氧氣和營養(yǎng)的傳輸、代謝物的排泄以及血管和神

3、經(jīng)的內(nèi)長入?？山到饨M織工程材料分為哪幾類？分別列舉 4 種。 組織工程材料分為天然生物可降解材料和人工合成生物可降解高分子材料兩類。天然生物可降解材料如：膠原、明膠、糖氨聚糖、殼聚糖、甲殼素、海藻酸鹽等。人工合成生物可降解高 分子材料如聚乳酸、聚羥基乙酸、聚a-羥基酸、聚酸酐、聚碳酸酯、聚乙二醇等生物材料的發(fā)展趨勢 生物材料的開發(fā)和研究已逐步轉向 復合型生物復合材料又稱為生物醫(yī)用復合材料， 它是由兩種或兩種以上不同材料復合而成的生物醫(yī)學材料。 制備此類材料的目的就是進一步提高或改善某一種生物材料的性能。此類材料主要用于修復及替換人體組 織、器官或增進其功能。雜化型 是由活體材料和非活體材料組成

4、的復合體。它主要包括合成材料與生物體高分子材料或與細胞的雜 化。從廣義上講，它包括所有的人工材料與生物體高分子和生理活性物質的雜化。雜化生物材料主要包括三類： 用于組織結構材料的多糖類等生理活性物質雜化材料 以固定酶為代表的功能性雜化材料雜化細胞 雜化生物材料主要用于人工胰臟、人工肝臟、人工胸腺、人工腎臟、人工皮和人工血管等。 功能型：指在生理環(huán)境下表現(xiàn)為特殊功能的材料，形狀記憶材料，組織引導再生（Guided TissueRegeneration , GTR 材料。 智能型：指能模仿生命系統(tǒng)，同時具有感知和驅動雙重功能的材料。感知、反饋和響應是該材料的 三大要素。將高新技術、傳感器和執(zhí)行元件

5、與傳統(tǒng)材料結合在一起，賦予材料新的性能，使無生命的材料 具有越來越多的生物特性。組織工程用無機多孔支架材料的制備方法一、造孔劑法二、發(fā)泡法三、模板法四、自固化與融出法五、電泳沉積法六、通過顆粒堆積形成氣孔七、處理天然材料組織工程用有機多孔支架材料的制備方法冷凍干燥法冷凍凝膠法臨界點干燥天然衍生高分子生物材料的交聯(lián)溶液冷凍干燥法制備三維多孔支架材料的原理? 天然大分子溶液低溫冷凍時，溶液中的水結晶成冰，天然大分子聚集在冰晶粒上，形成網(wǎng)絡狀結 構；真空條件下，冰晶粒升華，天然大分子則保留了冷凍狀態(tài)下的多孔網(wǎng)絡結構。 應用于支架加工的快速成型工藝一、立體光刻技術 / 微立體光刻技術二、選擇性激光燒結

6、技術三、分層實體制造技術四、熔融沉積制造技術五、三維打印技術 什么是種子細胞？研究種子細胞的目的是什么？ 種子細胞：應用組織工程的方法再造組織和器官所用的各類細胞統(tǒng)稱為種子細胞。 研究種子細胞的目的：獲取足夠數(shù)量的接種細胞，同時保持細胞增殖、合成基質等生物功能并防止細胞 老化.種子細胞的要求? 取材方便，采用非侵襲手段或微創(chuàng)手段即可獲得的組織；? 分裂增殖能力強，保持良好的生物學活性，能連續(xù)傳代，并且傳代培養(yǎng)后不發(fā)生形態(tài)、功能及遺 傳物質的改變 ；? 功能旺盛；? 無或僅有極微弱的免疫排斥反應；? 獲得的種子細胞可以接種到受傷組織或在體外結合可降解性支架，再移植到受傷組織。種子細胞的來源? 與

7、缺損組織細胞同源的自體細胞。? 組織特異干細胞(成體干細胞) ：專能干細胞、多能干細胞? 胚胎干細胞干細胞干細胞 (stem cell) 是指具有無限或較長期的自我更新能力，并能產(chǎn)生至少一種高度分化子代細胞的細胞。什么是 胚胎干細胞 ？其特性是什么？指由胚胎內(nèi)細胞團(inner cell mass , ICM)或原始生殖細胞(primordial germ cell , PGC 經(jīng)體外抑制 培養(yǎng)而篩選出的細胞。胚胎干細胞具有發(fā)育全能性，在理論上可以誘導分化為機體中所有種類的細胞；胚胎干細胞在體外可以 大量擴增、篩選、凍存和復蘇而不會喪失其原有的特性。成體干細胞 是指存在于一種已經(jīng)分化組織中的未

8、分化細胞，這種細胞能夠我更新并且能夠特化形成組成該類型組 織的細胞。成年個體組織中的成體干細胞在正常情況下大多處于休眠狀態(tài)，在病理狀態(tài)或在外因誘導下 可以表現(xiàn)出不同程度的再生和更新能力。成體干細胞 成體干細胞是存在于分化組織中的未分化細胞，并能分化成該細胞來源組織中的細胞成分。 成體干細胞大多數(shù)時候處于靜息狀態(tài)。在特定條件下，成體干細胞或者產(chǎn)生新的干細胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能細胞，從而使組 織和器官保持生長和衰退的動態(tài)平衡。部分成體干細胞在特定條件下可以轉化為其它細胞， 如肌肉干細胞在特定條件下可以分化為各種血細胞系， 骨髓間充質干細胞可以分化為軟骨細胞等。成體干細胞的優(yōu)點與不足

9、 成體干細胞則可從患者自身獲得，不存在組織相容性的問題。成體干細胞不會誘發(fā)畸胎瘤的發(fā)生。 成體干細胞也不存在倫理學爭執(zhí)。尚未從人體的全部組織中分離出成體干細胞 . 成體干細胞含量極微，很難分離和純化，且數(shù)量隨年齡增長而降低 在一些遺傳缺陷疾病中，遺傳錯誤很可能也會出現(xiàn)于病人的干細胞中，這樣的干細胞不適于移植 成人身上獲得的干細胞可能沒有年輕人的干細胞那樣的增殖能力 由于日常生活中人是暴露在各種環(huán)境之下的，日光和毒素等都有可能造成基因突變，成體干細胞可能包含 更多的 DNA 異常等等。骨髓間充質干細胞 骨髓間充質干細胞，是骨髓中除造血細胞以外的中胚層來源的細胞，其細胞特性穩(wěn)定，在連續(xù)傳代培 養(yǎng)和

10、凍存后仍具有多向分化潛能。在特定的誘導條件下，骨髓間充質干細胞可以分化為間充質組織中的各 類細胞，包括：骨、軟骨、脂肪、肌腱、韌帶等細胞。骨髓間充質干細胞作為種子細胞的優(yōu)勢 來源廣泛，取材方便，對人體創(chuàng)傷性較??； 易于體外培養(yǎng)、擴增和誘導；取自自體，克服了使用胎兒組織所帶來的倫理學和免疫學方面的問題。 干細胞研究中的主要問題? 維持胚胎干細胞未分化狀態(tài)的機制? 干細胞定向誘導分化的調(diào)控機制? 獲得高數(shù)量和高純度的分化細胞，為組織工程提供種子細胞? 雖然人胚胎干細胞可以形成各種類型的細胞和簡單的組織，但是其是否具有形成復雜器官的能力 目前還遠未清楚。? 來源于胚胎干細胞的細胞應用于細胞和組織替代

11、治療所面臨的移植排斥問題? 干細胞用于臨床治療的安全性問題，對于胚胎干細胞而言，在移植前應該保證胚胎干細胞全部被 誘導分化，對誘導分化的細胞應該嚴格純化? 干細胞可塑性的機制是怎樣的，干細胞分化時所處微環(huán)境中的調(diào)控因素是如何起作用的 臨床上通過自體細胞培養(yǎng)人工關節(jié)軟骨細胞使-軟骨再生的步驟1. 第一次手術 : 從病人關節(jié)軟骨中未 受力的部分，取出一片約為葡萄干大小的健康軟骨組織。2. 分離出軟骨細胞并經(jīng)三星期的體外培養(yǎng)，使細胞數(shù)增加約1020 倍。3. 第二次手術 : 清理軟骨受損的部分， 從下方骨頭部位取出一片約與傷口大小相同的骨膜， 縫在傷口上 方，再將軟骨細胞注射到骨膜下方。經(jīng)過復健一年

12、后即可恢復正常的生活。生長因子(growth factor ， GF)是通過細胞間信號傳遞影響細胞活動的一類多肽因子。 它對細胞具有促進或抑制 其分裂增殖、遷移和基因表達的作用。將生長因子加入到細胞培養(yǎng)體系中，保證生長因子在體外環(huán)境下能 夠有效發(fā)揮作用非常重要。這需要解決兩個難題 ，其一，促進生長因子維持活性；其二，保證生長因子的 有效作用濃度。骨形態(tài)發(fā)生蛋白 BMP 能誘導機體內(nèi)的間充質干細胞不可逆地分化為軟骨細胞和骨細胞。將BMP 植入軟組織內(nèi)，可異位誘導新骨的形成。骨折愈合過程中局部BMP 的表達水平明顯增高，且局限于骨折骨痂形成區(qū)。BMP 已經(jīng)被成功地應用于骨折治療、骨延遲愈合和骨不連

13、接及骨缺損。表皮生長因子?表皮生長因子 VEGF 通過受體作用，一方面促進微血管內(nèi)皮細胞增殖，遷移；另一方面促進微血管的通透性增加，使血液中的大分子物質如纖維蛋白原等進入細胞外基質中，形成纖維蛋白 凝膠，作為暫時性基質允許和支持新生血管和基質細胞的內(nèi)向性生長。在血管再生方面具有重要 作用。骨移植是什么，有哪些方式 用手術方法將各種骨組織移植到患者體內(nèi)的骨缺損區(qū)、須加強或融合的部位，目的是起到固定、促進骨形成和替代的作用。 自體骨移植、同種骨移植、異種骨移植、人工骨移植。帶血管蒂骨移植。骨移植后新骨形成須具備三個條件 有可以生骨的細胞、足夠的營養(yǎng)供應、適當誘發(fā)產(chǎn)生新骨的刺激。骨移植后組織變化過程

14、 ：第一、 宿主骨床的 細小血管 迅速長入移植骨，同時將血管周圍的 間充質細胞 帶入。 第二、 宿主 的間充質細胞與移植骨表面的細胞一起造骨 。第三、 移植骨 壞死 并逐步被 吸收， 新形成的 骨沉積在壞死骨的殘余物上。人工骨移植 人工骨移植主要指在人工骨植入物周圍的宿主骨痂通過爬行而匯合，并將植入骨包裹起來，使之起到填 充和連接骨缺損的作用。人工骨中微孔有利于周圍毛細血管和細胞長入，逐步形成骨細胞，最終使其中的 孔隙部分或完全被新骨充填。有機材料通過促使周圍間充質細胞分化為成軟骨細胞和成骨細胞，進一步形 成軟骨和骨組織。移植人工骨的歸宿是被吸收后由新骨替代。骨修復中多種生長因子? 骨形態(tài)發(fā)生

15、蛋白 BMP? 轉移生長因子 TGF? 堿性成纖維細胞生長因子 bFGF? 血小板源性生長因子 PDGF? 類胰島素生長因子? 表皮生長因子理想的組織工程化人工骨特點? 包括無機和有機成分，力學性能類似于自然骨，同時可為成骨細胞提供最佳的胞外基質；? 含有成骨細胞、血管內(nèi)皮細胞的復合細胞成分，植入體內(nèi)時成骨和血管化能夠同步、快速 完成；? 通過合理使用生長因子和構建三維力學環(huán)境，對成骨和破骨進行正負調(diào)控。理想的骨組織工程材料：1.良好的生物相容性2.良好的生物降解性，材料最終為受區(qū)的骨組織完全替代3.易加工成形，并具有一定的強度，移植后能保持原狀4.材料表面易于細胞粘附且不影響其增殖分化 生長

16、因子在骨愈合和改建過程中的作用有哪些 生長因子在骨愈合和改建過程中通過調(diào)控細胞活動起十分重要的作用。生長因子通過其各自的機制，始終 嚴格調(diào)控骨吸收和骨形成兩個方面，使其達到平衡。在骨愈合過程中，存在于骨基質中的各種生長因子被 釋放出來，發(fā)揮其各自作用，啟動骨改建和修復的一系列過程。骨移植后組織變化過程 ：第一、宿主骨床的 細小血管迅速長入移植骨，同時將血管周圍的間充質細胞帶入。 第二、 宿主的間 充質細胞與移植骨表面的細胞一起造骨。第三、 移植骨壞死并逐步被吸收，新形成的骨沉積在壞死骨的 殘余物上。骨髓間充質干細胞骨髓間充質干細胞是骨髓中除 造血細胞 以外的中胚層來源的細胞，其細胞特性穩(wěn)定，在

17、連續(xù)傳代 培養(yǎng)和凍存后仍具有多向分化潛能。在特定的誘導條件下，骨髓間充質干細胞可以分化為 間充質組織中 的各類細胞，包括：骨、軟骨、脂肪、肌腱、韌帶等細胞。負荷對體外軟骨細胞的影響。 關節(jié)軟骨的重要功能是承受負荷，應力的作用對軟骨的生長、代謝至關重要。過度負荷和完全不負荷均對軟骨不利。生理活動形成的負荷促使軟骨細胞合成、分泌更多的PGs,增加軟骨厚度。持續(xù)靜壓力對軟骨細胞的增殖和代謝不利,周期性壓力的頻率對軟骨細胞的代謝十分重要。 周期性應力這種負荷方式與關節(jié)運動時體內(nèi)關節(jié)軟骨承受的周期性壓力相似。人工骨的支架材料功能(1)有一定機械強度以支撐組織的高強度材料,保證材料植入人體后,能支撐人體的

18、重量,不改變骨骼形狀。 (2) 有一定生物活性可誘導細胞生長、分化,并可被人體降解吸收。列出兩種制備天然衍生高分子生物材料支架的方法。 冷凍干燥法及冷凍凝膠法制備天然衍生高分子生物材料支架。冷凍干燥法：原理：天然大分子溶液低溫冷 凍時,溶液中的水結晶成冰,天然大分子聚集在冰晶粒上,形成網(wǎng)絡狀結構；真空條件下,冰晶粒升華, 天然大分子則保留了冷凍狀態(tài)下的多孔網(wǎng)絡結構。冷凍凝膠法：將天然高分子材料制備成溶液,冷凍,冷凍后的溶液浸泡在另一種可使材料發(fā)生凝膠化的溶 液中使其凝膠化,室溫下干燥得到多孔支架材料。優(yōu)點：與冷凍干燥法相比,節(jié)約時間和能源。負荷對體外軟骨細胞的影響關節(jié)軟骨的重要功能是承受負荷,應力的作用對軟骨的生長