再生医学 概论.ppt

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　　标题： 再生医学概论

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　　标题： 普罗米修斯(Prometheus)

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　　标题： 孙悟空拔毛变猴

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　　标题： 再生现象

　　其他占位符： 自然界的普遍现象

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　　标题： 再生现象

　　其他占位符： 自然界的普遍现象

　　将片蛭切断后，如果切掉的是头，头部将在该位置再生;如果切掉的是尾，尾巴将在该位置再生。

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　　标题： 再生现象

　　其他占位符： 自然界的普遍现象 蝾螈的四肢、壁虎的尾巴都具有自然再生的能力。 青蛙(与蝾螈同属两栖动物)却不具备再生的能力，但青蛙的前身蝌蚪却又显示出四肢再生的能力。

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　　标题： 再生现象

　　其他占位符： 生物体的修复方式 人体潜在的再生能力

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　　标题： 再生现象

　　其他占位符： 人体潜在的再生能力 附属结构的再生 骨折愈合 血管新生 神经再生 肝脏再生

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　　标题： 再生的生物学机制

　　其他占位符： 代偿性增生 成体干细胞活化 成熟细胞去分化

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　　标题： 再生模式

　　其他占位符： 新建再生 epimorphosis 变形再生 morphallaxis

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　　标题： 人体大部分器官的修复方式

　　其他占位符： 炎症反应 瘢痕形成 通过成纤维结节的塑性形成胶原疤痕，完成修复。 纤维组织缺乏正常组织的功能, 只能维持组织存在的最基本要求。如何防止组织的纤维修复代之以再生修复, 最大程度地恢复组织功能就成为人类医学研究的重点之一, 也由此诞生了再生医学。

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　　标题： 传统的医疗模式

　　其他占位符： 药物治疗 手术治疗 再生医学治疗

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　　标题： 外科学的修复方式

　　其他占位符： 切除 resection 修复 repair 替代 replacement 再生 regeneration

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　　标题： 外科治疗的七种手段

　　其他占位符： 切除(resection) 修复(repair) 再植(replantation) 置换(replacement) 重建(reconstraction) 重塑(remodeling) 康复(rehabilitation)

　　再生 (regeneration)

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　　标题： 再生机制的研究

　　其他占位符： 新生的片蛭细胞是否会生成一个整体? 同是两栖动物的蝾螈、青蛙和蝌蚪的再生能力为什么不同? 人类为什么不能再生肢体? 这些问题的研究有助于人类解决损伤、病变或老化组织、器官或者肢体的再生。

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　　标题： 再生医学的定义

　　其他占位符： 再生医学是指通过研究机体正常的组织特征与功能、受创伤修复与再生机制及干细胞分化机制，寻找有效的生物治疗文涛，促进机体自我修复与再生，或构建出新的组织与器官，以改善或恢复损伤组织和器官功能的科学。

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　　标题： 再生医学的定义

　　其他占位符： 再生医学是利用生物学及工程学的理论和方法，创造出丢失或功能损害的组织和器官，使其具备正常组织和器官的结构和功能。 是生物学、基础医学、临床医学、材料学的交叉学科，甚至涉及社会伦理学

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　　标题： 再生医学的研究内容

　　其他占位符： 促进组织器官再生 物理治疗促进再生 微波、直流电刺激、磁场、热疗、光疗等促进再生 细胞移植促进再生 组织细胞、干细胞 再生医学材料促进再生 再生医学材料是指植入体内后能引发机体的自我再生修复机制的智能材料或功能材料。主要有：①生物源材料，②改性的合成材料，③纳米材料等。 再生医学药物促进再生 生物活性因子、改善微环境、微量元素、中药促进再生等。

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　　标题： 再生医学的主要研究内容

　　其他占位符： 干细胞：再生医学的灵魂 组织工程：再生医学的基本手段 生长因子：再生的“催化剂” 基因治疗：改变细胞再生和功能的策略

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　　标题： 再生医学与干细胞的关系

　　其他占位符： 片蛭之所以头部和尾部都能再生，就是因为它全身都存在干细胞。干细胞向切断的部位移动，通过增殖和分化，就完成了片蛭再生的全过程。

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　　标题： 干细胞的定义

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　　标题： 干细胞的特征

　　其他占位符： 本身不是处于分化途径的终端 能无限地增殖分裂 可连续分裂几代，也可在较长时间内处于静止状态

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　　标题： 干细胞的特征

　　其他占位符： 通过两种方式生长： 对称分裂 非对称分裂

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　　标题： 干细胞的分类

　　全能干细胞(totipotent) 多能干细胞(pluripotent) 单能干细胞(multipotent) 亚全能干细胞(postembryonic pluripotent )

　　按分化潜能

　　按发育状态

　　胚胎干细胞(embryonic stem cells, ECs) 成体干细胞(adult stem cells)

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　　标题： 干细胞与再生

　　其他占位符： 再生策略 动员组织器官自身的干细胞增殖、分化 外源性(异体和自体)干细胞移植 组织工程构建的种子细胞

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　　标题： 干细胞与再生

　　其他占位符： 干细胞的分离、培养、扩增、诱导分化：方法、机制 诱导后细胞的功能、聚集与组织工程 干细胞移植治疗：效果、机制、排斥、安全性 诱导性干细胞(重编程)iPS

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　　标题： 干细胞与再生

　　其他占位符： 1998年Wisconsin大学的James Thomson和Johns Hopkins大学的John Gearhart从人囊胚的内层细胞团中取得胚胎干细胞。他们把胚胎干细胞与小鼠的骨髓间质细胞进行了共培养。结果表明胚胎干细胞可以进行长达5个月的非分化增殖，同时还保持着分化为滋养层组织及三种胚层组织的能力。这为胚胎干细胞的临床应用奠定了基础。

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　　标题： 干细胞与再生

　　其他占位符： 1999年Goodell等人用肌肉来源的干细胞在小鼠体内分化成各种血细胞。这表明成体干细胞在一定的微环境的作用下，可以横向分化为需要的细胞和组织，从而起到极其有效的治疗作用。

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　　标题： 干细胞与再生

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　　标题： 干细胞与再生

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　　标题： 干细胞与再生

　　其他占位符： 2006年日本京都大学Shinya Yamanaka领导的实验室在世界著名学术杂志《细胞》上率先报道了iPS的研究。 他们把Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4这4种转录因子引入小鼠胚胎或皮肤纤维母细胞，发现可诱导其发生转化，产生的iPS细胞在形态、基因和蛋白表达、表观遗传修饰状态、细胞倍增能力、类胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等都与胚胎干细胞极为相似。

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　　标题： 干细胞与再生

　　其他占位符： 2007年11、12月Yamanaka研究团队再次成功地利用3-4个基因导入人类皮肤细胞病将其成功地转变成 iPS细胞。 同时，美国威斯康新的James Thomson研究团队利用4个基因将人类体细胞重新设定变回干细胞。

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　　标题： 干细胞与再生

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　　标题： 干细胞与再生

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　　标题： 干细胞与再生

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　　标题： 细胞器官再生的理念突破

　　Koudstaal A et al. Concise Review: Heart Regeneration and the Role of Cardiac Stem Cells. Stem Cells Transl Med. Jun 2013; 2(6): 434–443.

　　正常成人心肌细胞平均每年更新1% ，约40% 的心肌是由出生后新生的心肌细胞组成。

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　　标题： 干细胞移植治疗

　　其他占位符： 神经系统 神经退行性病、神经损伤、脑瘫、缺血性脑病等 心血管疾病 心肌梗死，心、脑、周围血管疾病等 消化系统疾病 终末性肝病、肝纤维化、肠道疾患等 呼吸系统疾患 肺纤维化等 泌尿生殖系统疾患 肾功能衰竭等 血液系统疾病 白血病、再生障碍性贫血、淋巴瘤等 内分泌系统疾患 糖尿病、甲状腺疾患、等 感官系统疾病 视网膜病变、耳聋等 免疫系统疾病 自身免疫性疾病、抗宿主病等 美容、整形等 抗衰老、除皱、面部塑性、隆胸等 100多种疾病

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　　标题： 再生医学与组织工程的关系

　　其他占位符： 再生医学有很悠久的历史，组织工程学的出现，使得再生医学进入了一个新时代。 组织工程被认为是继细胞生物学和分子生物学之后，生命科学发展史上又一新的里程碑，也是一场意义深远的医学革命。

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　　标题： 再生医学与组织工程的关系

　　其他占位符： 组织工程是再生医学治疗手段的一种体现，同时它也拓宽了再生医学的广度和深度。国际再生医学基金会(IFRM)明确把组织工程定为再生医学的一个分支。 但有时大家并不明确区分组织工程和再生医学。

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　　标题： 组织缺损的修复

　　正文： 自体组织移植: 不吻合血管 吻合血管(组织瓣 ) 以伤治伤 同种异体组织移植: 心、肝、脾、肺、肾、胰腺、骨、角膜等 排斥反应、伦理、供体短缺 仅美国每年因得不到捐献器官而死亡的病人就有3000多，此外，因接受不合格器官而死亡的每年有10万人之多。 异体组织移植： 排斥反应、细菌和病毒的传染 1984年，美国加州一名婴儿在接受狒狒心脏移植后存活了20天; 其后美国匹兹堡大学用狒狒的肝给成年肝病患者进行了异种移植; 1996年又为艾滋病患者进行了狒狒的骨髓移植

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　　标题： 组织缺损的修复

　　正文： 人工材料替代：人工骨、关节、血管、瓣膜、脂肪等 无生命 人工组织与人工器官作为人体病损组织与器官的替代物已在临床广泛应用。由于其治疗效果确切，美国近年的调查，不包括齿科材料，植入1件以上人工组织与人工器官的患者，在美国已达1100万人，占其总人口的4%，全球估计达3000万人 能否制造一种有生命、无排斥反应、能大量生产的组织来修复组织缺损?

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　　Robert Langer 美国麻省理工学院化学工程师

　　Joseph P Vacanti 哈佛大学医院医生

　　组织工程的源起

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　　80年代中期 Robert Langer and Joseph P Vacanti的新概念: 在一种可生物降解的支架材料上种植人体活细胞，在生长因子作用下，在体外复制有生命的组织植入体内，完成组织缺损的修复与功能替代，最终永久成为人体组织的一部分。 1987年春 美国科学基金会(NSF)在加利福尼亚的专家讨论会上提出“组织工程, tissue engineering”一词 1988年 NSF的一个专门工作小组对组织工程的内涵作了如下界定:“应用工程科学和生命科学的原理和方法,认识哺乳动物正常和病理组织与器官的结构—功能关系,并开发具有生物活性的人工替代物,以恢复、维持或改善组织、器官的功能.”

　　组织工程的源起

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　　1988年美国科学基金会决定开始实施组织工程计划 NSF资助建立了一系列实验室,正式展开了组织工程计划，日本、加拿大、欧洲、澳大利亚等随之。 1994年 Reddi组织工程学三准则(组成成分，内部结构) 提供给应答细胞以优化的胞外基质支撑体 为应答细胞提供分子信号 骨形成蛋白 组织形成的调节信号 细胞生长因子

　　组织工程的源起

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　　1992年 Hein FG,严宗毅(天津) 将组织工程(tissue engineering)介绍到中国 1996年 杨志明(四川) 组织工程骨、肌腱 1996年 王常勇(西安) 组织工程骨 1997年 曹谊林(上海)组织工程软骨 1997年 吴德升(上海长征)组织工程神经

　　组织工程的源起

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　　组织工程的基本概念 组织工程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。 组织工程的核心 建立细胞与生物材料的三维空间复合体，即具有生命力的活体组织，用以对病损组织进行形态、结构和功能的重建并达到永久性替代。

　　组织工程的概念

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　　组织工程基本原理和方法 将体外培养扩增的正常组织细胞，吸附于一种生物相容性良好并可被机体吸收的生物材料上形成复合物，将细胞-生物材料复合物植入机体组织、器官的病损病分，细胞在生物材料逐渐被机体降解吸收的过程中形成新的在形态和功能方面与相应器官、组织相一致的组织，而达到修复创伤和重建功能的目的。

　　组织工程的概念

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　　(Gp:) 种子细胞+可降解的生物材料

　　(Gp:) 有生命的组织或器官

　　(Gp:) 修复/替换缺损组织或器官

　　(Gp:) 重建功能

　　(Gp:) 体外构建

　　(Gp:) 植入体内

　　组织工程的概念

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　　在2007美国的战略计划中，提出了“组织科学与工程”的四个总体目标 理解和控制细胞应答 阐述生物材料的支架功能和组织基质环境 开发促成工具(enabling tool) 推动大规模生产、转化和商业化

　　组织工程的概念

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　　确定了8个优先发展的方向 理解细胞机器 辨别并验证生物标记物及分析方法 先进的成像技术 阐述细胞/环境的相互作用 建立计算机模型系统 组装和维持复杂组织 改进组织的保存和储藏 促进实际应用和商品化

　　组织工程的概念

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　　种子细胞 支架材料 构建组织和器官的方法和技术 组织工程的临床应用

　　组织工程的研究内容

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　　种子细胞的培养是组织工程的基本要素 必须具备以下三个基本特征 高增殖能力，低分化程度 能建立稳定的标准细胞系 尽可能低的抗原性 种子细胞主要来源于自体、同种异体、异种组织细胞等 近几年干细胞是研究热点

　　组织工程的研究内容

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　　正文： 按细胞的来源分 自体细胞 同种异体细胞 细胞系 异种细胞 按细胞种类分 组织细胞 前体细胞/祖细胞 干细胞

　　组织工程的研究内容

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　　支架材料的功能 为体外构建工程组织或器官提供三维的细胞生长支架,使细胞间形成适宜的空间分布和细胞联系; 提供特殊的生长和分化信号,诱导细胞的定向分化和维持细胞分化。 支架材料的基本要求 理想的组织工程细胞外基质材料必须具有如下特征 良好的生物相容性: 良好的生物降解性: 具有三维立体多孔结构: 具有较高的面积/体积比: 良好的可塑性和一定的机械强度: 良好的材料-细胞界面:

　　组织工程的研究内容

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　　从来源可分为 天然、合成、生物陶瓷和生物衍生材料四类 从形态可分为 固体、胶体、膜三类 从性质可分为 单体和混合性材料 从降解性可分为 可降解和非降解材料两类

　　组织工程的研究内容

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　　标题： 组织工程器官的构建

　　其他占位符： 依据组织工程技术的基本原理与方法，应用种子细胞与可降解生物材料复合，在特定的条件下，形成或再生组织和器官的过程称为组织工程化组织/器官。

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　　组织工程器官的构建

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　　组织工程器官的构建

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　　旋转式细胞培养系统 (rotary cell culture system,RCCS) 美国宇航局(NASA)

　　组织工程器官的构建

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　　正文： 结构组织的组织工程化构建与应用 1997年美国FDA批准组织工程皮肤上市。同时，其他国家也有组织工程骨、软骨、肌腱等临床应用的初步报告。 具有复杂功能的器官的组织工程构建与应用 2006年A. Atala在Lancet杂志上发表了组织工程膀胱临床应用的学术论文。同时，也有接种细胞的生物人工肝、生物人工肾、心脏瓣膜、内分泌器官的组织工程化构建研究。

　　组织工程器官的发展状况

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　　正文： 在美国，目前已经形成价值70亿美元的产业，并以每年25%的速度递增，美国大约有50余家公司从事组织工程产品的产业化 组织工程化皮肤产品已经实现商品化，正式进入临床应用 骨骼、软骨、血管、神经组织等正在进行体内实验 肝脏、胰脏、乳房、心脏、手指、角膜、膀胱等正在实验室里生长成形 软骨组织工程产品已进入临床实验，在几年内就可应用于临床 临时的助肝装置正在进行临床实验 输尿管、尿道、食管、小肠、肾脏、血管和血细胞等的组织工程化研究也取得了某些进展。

　　组织工程器官的发展状况

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　　全器官组织工程构建

　　Retrograde perfusion of cadaveric rat heart using PEG (a), Triton-X-100 (b) or SDS (c) over 12 h. Ott HC, et al. Nat Med. 2008;14(2):213-221

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　　正文： 3D打印是快速成形技术，也称增材制造。它以一种数字模型文件为基础，运用可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造，意味着这项技术正在普及。 可以解决种子细胞在支架材料上的接种问题，理论上可以打印出任意形态、任意结构的器官。

　　3D打印与组织工程