软骨组织工程.ppt

软骨组织工程组员：黄 卓、杨 健、徐杰珉、郭瑞春、朱志越软骨软骨软骨组织软骨组织软骨细胞软骨细胞细胞间质细胞间质纤维纤维胶原原纤维胶原原纤维弹性纤维弹性纤维 胶原纤维胶原纤维 软骨膜软骨膜基质基质软骨由软骨组织及其周围的软骨膜构成软骨是固态的结缔组织，有弹性，有一定的支持和保护作用。软骨膜骨膜由致密由致密结缔组织构成，被覆在构成，被覆在软骨的表面，主要起保骨的表面，主要起保护和和营养作用。养作用。软骨的分类根据根据软骨骨组织所含所含纤维的不同，的不同，进行分行分类透明透明软骨骨弹性性软骨骨纤维软骨骨软骨透明软骨分布：分布：关关节软骨、肋骨、肋软骨和呼骨和呼吸道等吸道等处所含所含纤维：胶原原：胶原原纤维特性：特性：较脆易折，基脆易折，基质丰富，丰富，无胶原无胶原纤维纤维软骨分布：椎分布：椎间盘、关、关节盘和耻骨和耻骨联合等合等处所含所含纤维：胶原：胶原纤维特性：基特性：基质少，有大量的胶原少，有大量的胶原纤维束，束，软骨骨细胞胞单个、成个、成对或成或成单行排列行排列弹性软骨分布：耳廓及会分布：耳廓及会厌等等处所含所含纤维：弹性性纤维特性：特性：较强的的弹性性内容摘要：软骨组织工程软骨组织工程 软骨组织工程的研究现状软骨组织工程的研究现状 中药在软骨组织构建构成中的作用中药在软骨组织构建构成中的作用 参考文献参考文献软骨组织工程软骨组织工程 软骨组织工程是在体外培养、扩增软骨种子细软骨组织工程是在体外培养、扩增软骨种子细胞胞,并以较高密度将其种植于具有良好生物相容性并以较高密度将其种植于具有良好生物相容性和降解性的支架材料上和降解性的支架材料上,在多种调节因素的作用下在多种调节因素的作用下经过一定周期形成组织工程化软骨。组织工程软经过一定周期形成组织工程化软骨。组织工程软骨的构建需要具备三个主要条件骨的构建需要具备三个主要条件:足够数量、功能足够数量、功能正常的种子细胞正常的种子细胞;合适的细胞支架合适的细胞支架;调节细胞增殖、调节细胞增殖、保持细胞表型特征的细胞因子保持细胞表型特征的细胞因子。控制其环境因素。控制其环境因素可以调控软骨细胞定向分化产生出所需细胞。可以调控软骨细胞定向分化产生出所需细胞。组织工程软骨移植的技术经历了以下三代发展：第一代：缺损处修整，骨膜切取，缝合骨膜至缺损处，第一代：缺损处修整，骨膜切取，缝合骨膜至缺损处，不透水性测试，纤维蛋白胶封闭，软骨细胞植入。不透水性测试，纤维蛋白胶封闭，软骨细胞植入。第二代：胶原蛋白膜缝合至修整好的缺损处，将细胞悬液注入膜下。第三代：将接种有软骨细胞的生物材料修剪至与缺损处大小匹配，直接植入，无须骨膜覆盖或缝合。结合支架的自体软骨细胞移植技术使用的是胶原膜，透明质酸，胶原蛋白凝胶。软骨细胞工程的研究内容：种子细胞种子细胞支架材料支架材料生物因子生物因子种子细胞的选择：种子细胞的选择是组织工程化软骨的重点内容种子细胞的选择是组织工程化软骨的重点内容 ,理想的软骨组织工程种子细胞应该具备以下几理想的软骨组织工程种子细胞应该具备以下几个特点个特点:易取材易取材,且对机体损伤小且对机体损伤小;具有较强的增值能力，易分化为目的细胞；具有较强的增值能力，易分化为目的细胞；对于相应的支架材料对于相应的支架材料,黏附能力强黏附能力强;能够耐受环境的变迁能够耐受环境的变迁,适应不同应力条件。适应不同应力条件。我们的研究工作主要涉及同体软骨细胞、我们的研究工作主要涉及同体软骨细胞、同种异体软骨细胞、胚胎源性细胞和间充同种异体软骨细胞、胚胎源性细胞和间充质干细胞（质干细胞（mesenchymal stem cells,M SCs)等种子细胞。等种子细胞。1.自体软骨细胞是目前最好的软骨组织自体软骨细胞是目前最好的软骨组织工程细胞来源工程细胞来源,其最大的优点就是可以避免其最大的优点就是可以避免免疫排斥反应免疫排斥反应,但自体软骨细胞的来源有限但自体软骨细胞的来源有限且属于损伤取材，在体外单层培养时增殖且属于损伤取材，在体外单层培养时增殖能力较低能力较低,经过传代培养易发生去分化，因经过传代培养易发生去分化，因此限制了它的应用。此限制了它的应用。2.同种异体软骨细胞作为种子细胞已在具同种异体软骨细胞作为种子细胞已在具有免疫力的动物体内成功获得了同种异体的有免疫力的动物体内成功获得了同种异体的组织工程化软骨组织工程化软骨,而且并未发现明显的免疫而且并未发现明显的免疫排斥反应。并且可在受体内长期生长并保持排斥反应。并且可在受体内长期生长并保持分泌基质的功能，又来源广泛分泌基质的功能，又来源广泛、取材容易、取材容易、易于大量培养等优势易于大量培养等优势,因而应用前景比较广因而应用前景比较广阔。阔。3.胚胎软骨细胞的优点是免疫原性小、细胞生长活跃、增殖较快。以往研究表明：胚胎来源的软骨细胞比成年人的软骨细胞有更强的增殖能力且引起的排斥反应要微弱得多，它是构建异体软骨组织工程较好的种子来源。图1：支架与软骨细胞培养，细胞吸附在支架支架与软骨细胞培养，细胞吸附在支架纤维表面，细胞分泌的基质呈伪足样缠绕在支纤维表面，细胞分泌的基质呈伪足样缠绕在支架纤维表面架纤维表面(扫描电镜，扫描电镜，700)700)支架材料的要求：细胞骨架是软骨组织工程的关键因素之一，理想的细胞骨架是软骨组织工程的关键因素之一，理想的支架应具有以下几个特点：支架应具有以下几个特点：良好的生物相容性，无毒良好的生物相容性，无毒、不致畸，有利于细胞的不致畸，有利于细胞的粘附粘附、增殖。增殖。适宜的生物降解性适宜的生物降解性、基质材料降解率应与组织细胞基质材料降解率应与组织细胞生长率相适应，降解时间应能根据植物生长特征做有生长率相适应，降解时间应能根据植物生长特征做有效调控。效调控。有效的表面活性，有利于细胞黏附，并为细胞在其表面有效的表面活性，有利于细胞黏附，并为细胞在其表面生长生长、繁殖和分泌基质提供良好的微环境。能激活细胞特繁殖和分泌基质提供良好的微环境。能激活细胞特异性基因表达，维持正常细胞的表型表达。异性基因表达，维持正常细胞的表型表达。一定的可塑性，便于成型加工，并有一定的机械强度。一定的可塑性，便于成型加工，并有一定的机械强度。具有三维多孔结构：基质材料具有多空性和高孔隙率，具有三维多孔结构：基质材料具有多空性和高孔隙率，有利于细胞的黏附和长入，又有利于营养物质的深入和代有利于细胞的黏附和长入，又有利于营养物质的深入和代谢产物的排除。谢产物的排除。由图可以看出：支架复合材料横截面内为三维网状、连通、微孔结构，纤维随机分布、微孔分布比较均匀。微孔尺寸在200400m。这些特性能为组织细胞的生长、繁殖提供适宜的营养输送条件、空间条件、代谢交换条件有利于骨和软骨组织发挥特定生理功能。支架材料的分类：1.根据支架空间结构的不同，可分为二维支架和三维支架。根据支架空间结构的不同，可分为二维支架和三维支架。2.按其应用形态可分为：凝胶类、微球类、海绵类及人按其应用形态可分为：凝胶类、微球类、海绵类及人工高工高 分子聚合物支架材料。分子聚合物支架材料。3.支架根据生物材料的差异，可分为天然生物材料、人工支架根据生物材料的差异，可分为天然生物材料、人工合成高分子材料和复合材料合成高分子材料和复合材料。图2：19982007年不同类别的组织工程支架相应研究 文献量变化情况 天然生物材料：天然生物材料：主要包括胶原、明胶、纤维蛋白、壳主要包括胶原、明胶、纤维蛋白、壳聚糖、琼脂、糖胺多糖聚糖、琼脂、糖胺多糖(如：透明质酸如：透明质酸 、硫酸软骨素等、硫酸软骨素等)、蚕丝蛋白、几丁质、松质骨骨基质、脱细胞基质等，天、蚕丝蛋白、几丁质、松质骨骨基质、脱细胞基质等，天然生物支架材料来源于生物体本身然生物支架材料来源于生物体本身,具有组织相容性较好具有组织相容性较好,毒性较小毒性较小,易降解易降解,且降解产物易被人体吸收而不产生炎症且降解产物易被人体吸收而不产生炎症反应等优点，所以在组织工程中作为细胞培养的支架材料反应等优点，所以在组织工程中作为细胞培养的支架材料具有人工合成材料所不可比拟的优势。具有人工合成材料所不可比拟的优势。人工合成高分子材料：人工合成高分子材料：包括有机合成材料和无机合成材包括有机合成材料和无机合成材料。无机材料以羟基磷灰石、磷酸三钙为代表，有机材料料。无机材料以羟基磷灰石、磷酸三钙为代表，有机材料以聚乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯、聚环氧乙烯、聚烯醇、以聚乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯、聚环氧乙烯、聚烯醇、聚氧化乙烯等高分子聚合物为主。人工合成材料不受来源聚氧化乙烯等高分子聚合物为主。人工合成材料不受来源的限制的限制,容易加工成形容易加工成形,可根据需要调整物理、化学、生物可根据需要调整物理、化学、生物力学和降解性能。生长因子和其他一些药物刺激因子可以力学和降解性能。生长因子和其他一些药物刺激因子可以涂于支架上面以刺激细胞进行增殖和分化。但在应用中发涂于支架上面以刺激细胞进行增殖和分化。但在应用中发现了不少缺点：如其亲水性不够、对细胞的粘附性较弱现了不少缺点：如其亲水性不够、对细胞的粘附性较弱,降解降解 产物偏酸性可引起炎症反应等产物偏酸性可引起炎症反应等,并且有一定的免疫原并且有一定的免疫原性。性。welcome to use these PowerPoint templates,New Content design,10 years experience生长因子生长因子 生长因子由造血系统、免疫系统或炎症反应中生长因子由造血系统、免疫系统或炎症反应中 活化细胞产生，是激活型多功能多肽、蛋白质或糖活化细胞产生，是激活型多功能多肽、蛋白质或糖蛋白，能促进细胞分化增殖和诱导细胞发挥功能从蛋白，能促进细胞分化增殖和诱导细胞发挥功能从种子细胞到软骨细胞的分化过程类似胚胎发育中关种子细胞到软骨细胞的分化过程类似胚胎发育中关节软骨形成的重现，需要很多细胞因子的共同刺激，节软骨形成的重现，需要很多细胞因子的共同刺激，而损伤区域以外的正常关节软骨中细胞代谢的维持而损伤区域以外的正常关节软骨中细胞代谢的维持也需要这些因子的参与。也需要这些因子的参与。与关节软骨修复有关的生长因子主要包括：转化生长因与关节软骨修复有关的生长因子主要包括：转化生长因子子、成纤维生长因子、胰岛素样生长因子、骨行态发生、成纤维生长因子、胰岛素样生长因子、骨行态发生蛋白以及近年发现的软骨源性形态发生蛋白等。蛋白以及近年发现的软骨源性形态发生蛋白等。转化生长因子转化生长因子(Transf0rminggrowthfactor，TGFp)是一种细胞生长和细胞外基质合成的多功能调节是一种细胞生长和细胞外基质合成的多功能调节器，它可以促进软骨细胞增殖，增加蛋白多糖和器，它可以促进软骨细胞增殖，增加蛋白多糖和型胶原型胶原合成。在细胞基质降解中抵抗分解代谢，抑制基质金属蛋合成。在细胞基质降解中抵抗分解代谢，抑制基质金属蛋 白酶白酶(Matrixmetallopr0teinaseMMP)的表达，是目前基因的表达，是目前基因强化软骨组织工程首选的诱导因子。强化软骨组织工程首选的诱导因子。各类因子与其所在基因 目前对于细胞因子的研究多处于实验阶目前对于细胞因子的研究多处于实验阶段，在临床应用方面未见成功的报道。外段，在临床应用方面未见成功的报道。外源性细胞因子来源有限、价格昂贵、半衰源性细胞因子来源有限、价格昂贵、半衰期短也是制约临床应用的重要因素之一。期短也是制约临床应用的重要因素之一。另外细胞因子在体内应用时对其他组织产另外细胞因子在体内应用时对其他组织产生分化、代谢和致突变作用，临床应用的生分化、代谢和致突变作用，临床应用的安全性有待提高。安全性有待提高。中药在软骨组织构建构成中的作用:1.1.透骨消痛颗粒可诱导骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化；透骨消痛颗粒可诱导骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化；2.2.淫羊藿提取物对体外软骨器官生长的促进；淫羊藿提取物对体外软骨器官生长的促进；3.3.巴戟天多糖及其水提取物可增强成骨细胞活性；巴戟天多糖及其水提取物可增强成骨细胞活性；4.4.健骨颗粒含药血清有助于肿瘤坏死因子健骨颗粒含药血清有助于肿瘤坏死因子诱导大鼠成骨细胞凋亡；诱导大鼠成骨细胞凋亡；5.5.复方接骨中药对骨髓间充质干细胞体外增殖及向骨细胞分化的影响；复方接骨中药对骨髓间充质干细胞体外增殖及向骨细胞分化的影响；6.6.中药骨康对成骨细胞分泌胰岛素样生长因子中药骨康对成骨细胞分泌胰岛素样生长因子 1 1的影响；的影响；7.7.葛根素对胎鼠骺板葛根素对胎鼠骺板型胶原蛋白表达的影响型胶原蛋白表达的影响；参考文献：1.1.李成李成 王伟王伟 软骨组织工程中相关生长因子理论研究的最新资讯软骨组织工程中相关生长因子理论研究的最新资讯 中国组织工程中国组织工程研究与临床康复研究与临床康复 2010,07 2010,07第第1414卷第卷第2828期期2.2.张文林张文林 刘丹平刘丹平 软骨组织工程载体材料的研究进展中国组织工程研究与临床软骨组织工程载体材料的研究进展中国组织工程研究与临床康复康复2009,032009,03第第1313卷第卷第1212期期3.3.曹峻岭曹峻岭 付强付强 组织工程化软骨的构建及应用组织工程化软骨的构建及应用 西安交通大学学报（医学版）西安交通大学学报（医学版）2008,04 2008,04 第第2929卷第卷第4 4期期4.4.袁小洪袁小洪 安荣泽安荣泽 王兆杰王兆杰 贾婀娜贾婀娜 转化生长因子在软骨组织工程中的研究进展转化生长因子在软骨组织工程中的研究进展 健康研究健康研究 2009,06 2009,06第第2929卷第卷第3 3期期5.5.刘耀升刘耀升 郭鼎峰郭鼎峰 软骨组织工程研究中的刺激因子软骨组织工程研究中的刺激因子 中国组织工程研究与临床康中国组织工程研究与临床康复复2009,042009,04第第1313卷第卷第1515期期6.6.姜疆姜疆 孙扬孙扬 软骨组织工程研究进展软骨组织工程研究进展 中国美容医学中国美容医学 2010.04 2010.04第第1919卷第卷第4 4期期7.7.周军杰周军杰 于光荣于光荣 陈贤奇陈贤奇 组织工程化细胞的定向诱导分化中国组织工程研究与组织工程化细胞的定向诱导分化中国组织工程研究与临床康复临床康复 2010,08 2010,08第第1414卷第卷第3333期期8.8.生物材料与软骨工程生物材料与软骨工程 中国组织工程研究与临床康复中国组织工程研究与临床康复 2010.06 2010.06第第1414卷第卷第2525期期9.9.中药在组织工程化研究中的作用中药在组织工程化研究中的作用 中国组织工程研究与临床康复中国组织工程研究与临床康复 2010 2010Thank you!