生物技术在生物医学工程中的应用-20110913PPT.pptVIP

生物医学工程概论 现代生物技术在组织工程中的应用 讲课：郑 权 zhengquan@ 办公室312） 现代生物技术(biotechnology)是以生命科学为基础，利用生物（或生物组织、细胞及其他组成部分）的特性和功能，设计、构建具有预期性能的新物质或新品系，以及与工程原理相结合，加工生产产品或提供服务的综合性技术。 生物技术、信息技术、纳米技术被誉为21 世纪的科学支柱, 将影响着世界各国的政治、经济、文化。 生物技术不仅与人们的日常生活、工作、健康密切相关，也与国家的经济发展及安全密切相关，因此世界各国政府均十分重视生物技术的发展。我国政府成立了“国家生物技术研究开发与促进产业化领导小组”，具体领导全国的生物技术研究、开发及产业化。 生物技术内涵十分丰富，涉及到： 对生物的遗传基因进行改造或重组，并使重组基因在细胞内表达，产生人类需要的新物质的基因技术，如“克隆技术 ” ； 利用生物细胞大量加工、制造产品的生物生产技术，如发酵； 在纳米（即百万分之一毫米）尺度上研究生物大分子精细结构及其与功能的关系，并对其结构进行改造利用它们组装分子设备的纳米生物技术； 组织工程，器官工程，再生医学等。 一、组织工程学的诞生、定义、基本方法与研究内容 生物技术涵盖的领域以及可以应用的领域： (1) 从分子水平层面上，包括基因工程、酶工程、发酵工程、生化工程、蛋白质工程、代谢工程等； (2) 从细胞层面上，包括细胞工程； (3) 从其他层面上…... 认识事物: 从简单到复杂。 基础研究 (宏观→微观，遵循从简单到复杂): ……人体→器官→组织→细胞或亚细胞→分子…… 应用研究 （微观→宏观，遵循从简单到复杂）： ……人体（？） ←器官（如人工器官、 器官工程） ←组织（组织工程） ←细胞或亚细胞（细胞工程）←分子水平（包括基因工程、酶工程、发酵工程、生化工程、蛋白质工程、代谢工程等）…… 美国科学家Robert Langer 与Joseph P Vacanti 在80 年代中期提出的 “组织工程学”概念，是用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，再生成为组织的新技术。 组织工程学(tissue engineering) ：应用生命科学与工程学原理与技术，探讨正常和病理组织的结构- 功能关系，研制生物学替代物修复或重建组织器官的结构，维持或改善组织器官功能的一门学科。 组织工程标志着医学将走出器官移植的范畴，步入预制、再生组织和器官的新时代。 基本方法： 将体外培养的高浓度组织细胞， 扩增后吸附于一种生物相容性良好，并可被人体逐步降解、吸收的细胞外基质上； 然后将这种复合体植入机体病损部位，使其在降解、吸收过程中增生、繁殖，形成新的具有其原来特殊功能和形态的相应组织和器官，达到修复创伤和重建功能的目的，从而解决组织和器官缺损所致的功能障碍或丧失的治疗问题。 研究内容： (1) 种子细胞的分离培养； (2) 生长因子等组织诱导因子的制备； (3) 细胞外基质替代物的研制； (4) 组织工程化组织对各种病损组织的替代研究。 组织工程学涉及细胞生物学、材料学、工程学、生物化学、免疫学、发育生物学、分子生物学、临床医学及伦理学等多学科的交叉与渗透，是一项复杂的系统工程。 二、组织工程化组织的临床应用实例 组织工程学的研究领域涉及多种哺乳动物的几乎所有器官的不同组织（如皮肤、角膜、软骨、血管、肌腱、骨等），组织工程产业已经开始形成。 美国：1998年，组织工程皮肤是被FDA批准的临床应用的第一个组织工程产品，其代表产品有Dermagraft和Apligraf。 Apligraf 被FDA 批准用于临床，是第一个含活细胞的真正意义的组织工程皮肤，以胶原为支架，在胶原的下层接种新生儿的成纤维细胞，在胶原的表层接种新生儿的表皮细胞，这种具有双面细胞的组织工程皮肤用于治疗静脉性溃疡。 Dermagraft也