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组织工程和再生医学应用于临床前需要考虑哪些优缺点

2024-11-08 15:42:00 | 博考网

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以组织工程(tissue engineering)为基础的再生医学(regenerative medicine)发展情况及应用前景如何?
谢谢

@袁霖
邀请!要充分地回答这个问题需要写个综述了,显然这不是你们想看到的。所以,答主就自己的了解做出一些概括性的解释和讨论。

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首先,还是先讲一下两个重要的概念:组织工程(Tissue Engineering) 和 再生医学(Regenerative Medicine)

组织工程 (Tissue Engineering)是一个多学科交叉的研究领域,它充分应用工程科学,生物科学基础医学的原理,开发制造出具有生物活性的组织或器官替代物,用于保持,替代,修复,甚至于加强病变组织器官的功能。这个概念是由 Robert Langer (麻省理工学院)和 Joseph Vacanti (麻省总医院)于八十年代末,九十年代初提出,并在 Science上发表研究论文阐述这个概念和基本原理。

再生医学(Regenerative Medicine)是一个更广的定义,它包括组织工程(Tissue Engineering),但同时还包括 身体组织系统的自身修复 (Self-healing). 组织工程(Tissue Engineering)和 再生医学 (Regenerative Medicine)目前被大范围的混用,主要是因为目前来看组织工程的最终目标就是替代或加强组织的自身修复,用以治愈复杂的慢性疾病。

(Tissue engineered human ear, credit: Harvard University)

经过二十多年的发展,组织工程无论在基础研究,临床应用,和市场转化方面都取得了非常大的发展,其研究成果已经在很大程度上改变了临床治疗思路,使大量病人受益。虽然是一个相对来说比较新的学科,但是自诞生以来就一直吸引了大量的关注度。各国 (美国,日本,新加坡,中国,等等)都在投入高额的研究资金来推动这个学科的发展,与此同时,大量相关的研究人员 (临床医生,工程师,生物学家,化学家,材料学家,等等)都被吸引到这个充满潜力的领域,用他们在各自领域更专业的知识和技能来不断推动组织工程学科的发展。

值得指出的是,中国在近年来,在组织工程领域投入的前所未有的人力和财力,1999-2009 这十年间,中国政府投入了过5亿RMB 在组织工程的研究和临床应用上。Science杂志在2012年就曾发表评论 “China's Push in Tissue Engineering”对中国在这方面的发展做了报道,还报导了中国在此领域的先驱人物:南通大学顾晓松 (神经系统),上海交大曹谊林(骨骼系统),清华大学崔福斋(脑组织)。

对于再生医学来说,目前组织工程主要在以下几个方向不断取得发展和突破:

1. 细胞来源

再生目标组织或器官,通常需要使用相应的细胞,比如心肌细胞 (心脏),上皮细胞(皮肤),骨骼肌细胞(肌肉),等等。然而,很多细胞脱离了自体的原生环境,并不能在体外长期保持其功能和活性,比如肝脏细胞的体外培养一直是一个难题。所以新的细胞来源的取得就显得异常重要。多能干细胞 (Pluripotent Stem Cells)的使用可以很大程度解决这个问题。胚胎干细胞 (Embryonic Stem Cells), 诱导多能干细胞 (iPS cells)都是目前研究的热点,尤其是 iPS 细胞,因其独特的功能和不会造成伦理问题,已经成为全世界研究人员的宠儿,不断开发其新的应用,用于特定组织和器官的定向分化。与此同时,比多能干细胞更有特异性的组织干细胞,比如骨髓间充质细胞 (Bone marrow stromal cells),脂肪干细胞 (Adipose-derived stem cells), 脐带血干细胞 (Umbilical cord blood stem cells)等等,也被研究人员用于不同组织的再生。更特异性的细胞比如软骨祖细胞 (chondrogenic progenitor cells),心肌干细胞 (cardiac progenitor cells)也已被成功分离,并用于相应组织的再生。

(iPS cells forming a colony, credit: Flickr)

2. 新型生物材料

成功地组织工程,一定离不开生物材料学科的发展。再生具有不同特性的生物组织,材料的选择至关重要。组织工程发展初期,材料通常被用做支架用以支持细胞的贴附和生长。目前新材料的开发主要侧重于材料的生物学特性,新的材料不但要能作为支架,还要能与细胞相互作用,诱导细胞迁移,扩增,定向分化。同时新材料还被赋予了调节细胞生长的微环境的功能,比如释放生长因子,传递信号因子,抑制炎症,等等。更有能自组装 (self-assembly)的新型生物材料,能在外部刺激的情况下,实现在特定时间,特定微环境中自我组装成目标组织或器官的形态。虽然这些研究还在早期的探索阶段,但可以预见未来会出现激动人心的突破成果。

( Biomimetic liver tissue engineered from novel biomaterials, credit: NIH)

3. 信号因子

对于体外细胞培养来说,缺乏了体内的原生环境和相关的信号因子,很难成功地有效率的分化为目标组织器官。经过多年的研究,部分组织定向分化所需的生长因子已经逐渐被确定。传统的组织工程方法通常直接应用已确定的生长因子组合,用于培养细胞或者装载了细胞的支架材料。然而,生长因子分离纯化耗时耗力耗钱,所以并不是长期使用的最佳选择。目前这个领域的发展主要侧重于化学小分子,基因,物理刺激,等等。通过化学小分子的作用,可以激活与生长因子作用相当的生物信号通路,因而诱导细胞分化。基因的转导,使细胞本身能在不需要外界刺激的情况下实现分化,以及功能的获取。对于不同目标组织分化过程中的物理刺激,比如失重,加压,支架材料的表面结构,等等也可以促进细胞的分化。结合新型生物材料,将不同信号因子和材料合并,也是一个研究的热点,所谓的 “Smart Material”。比如,具有药物缓释功能的支架,加载的质粒DNA的水溶胶,等等。

(Recellularization of decellularized rat kidney, credit: Harvard Medical School)

4. 生物制造方法

生物制造 (Biofabrication)是一个相对较新的名词,顾名思义就是利用构成生物体的基本元素 (细胞,生长因子,生物材料,等等),制造出具有功能的生物组织或器官,或者用于研究的生物系统,这里主要谈一下前者。最传统的组织工程制造方法就是将细胞装载到3D支架,并在具有生长因子的环境中培养。经过多年的发展,大量针对于不同组织的制造方法被开发出来。举例来说,去细胞器官 (Decellularization)的重新细胞化 (Recellularization)已经在实验中用于肝脏,肾脏,心脏,等的组织工程;细胞膜片 (Cell sheet)的3D组装也已经被成功应用于软骨,血管,皮肤等组织,并已经有临床产品用于病人; 微组织 (micro-tissue) 作为基本结构单元,也被成功用于血管,肝脏组织,肌肉组织等的再生。目前很热门的3D生物打印技术的出现,给组织工程和再生医学带来了又一轮新的革命。由于其精确地控制能力和个性化特点,使得定制人体组织器官成为可能。虽然3D生物打印处于初期研究阶段,有很多困难要克服 (请参见:

3D生物打印的主要难点是什么
),但是随着技术的成熟和组织工程自生的发展,成功3D生物打印出人体器官并不是幻想。

(3D bioprinting for tissue engineering, credit: Wake Forest University)

组织工程 (Tissue Engineering)一直在不断发展和进步,虽然大量的研究成果还仅限于实验室阶段,但已经有很多技术进入了临床转化,甚至于市场化。不仅仅在其医学领域的应用,利用再生出的组织进行药物测试和毒物测试也被认为是未来5-10年的一项研究热点,这也将给生物医药产业带来革命性的突破。

(Human-on-a-chip drug testing model, Credit: Wyss Institute, Harvard University)

参考:

1.

China's Push in Tissue Engineering
2.

The Laboratory for Tissue Engineering and Organ Fabrication
3.

Langer Lab: Professor Robert Langer
4.

-education/science-topics/tissue-engineering-and-regenerative-medicine
5.

-engineering
(推荐阅读)

6.

_engineering.htm
(推荐阅读)

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Dr. YY

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组织工程和再生医学应用于临床前需要考虑哪些优缺点

故宫有哪些不为人知的秘密

故宫里不为人知的秘密我不知道。但是对于我刚从故宫回来的我来说,我觉得故宫确实有点邪门。

我前段时间去北京玩,因为那段时间北京在召开“一带一路”的峰会,以致于我最后一天才去的故宫,因为有外宾,加上开会,天安门那边的安检都很严格,去故宫前一天我在人民大会堂,天安门那块游玩。然后听到说明天故宫开馆,我就回去了,第二天八点就到了,依旧安检,到地方后,排队买票。因为闭馆好几天,那天是开馆,所以人是太多了,根本不用往前走,就直接随着人流一步一步走过去了。

等我拿到票,也开始进馆了,但是我们走的是一边,另外一边没有开,因为有外宾参观吗?就等外宾走远了之后我们才可以过去参观。我印象最深的是,我在太和殿拍照的时候,没有拍到龙椅,因为人太多,以致于我的衣服,发型和帽子都变形了。然后我就跟着外宾后面走,不拥挤也能及时拍到照片。

就这样,我从午门进,一直往下,神武门出。

走到神武门的时候我开始返回,参观两边的宫殿,但是部门宫殿都闭门,不让进啊。最后转转转到了慈禧的储秀宫。也不知道是不是真的因为冤魂太多的缘故,我离主道不是很远,但是信号一直很差,太阳下炎热无比,但是在廊下,确实是阴凉。也许这是古代建筑的智慧吧。 博考网

前几年,网上说故宫有宫女出行,等等。这些我没有见过。但是我在故宫的时候,故宫面积有72万平方米,但是我们游客能看到走到的只有小部门,剩下的是不能进入,更是观赏不到的。

故宫的秘密我不知道,但是经历了几代王朝,后宫争斗等等,多少会有写不为人知的秘密,只是这是我们无法探知的。因为故宫有很多封闭的地方,我们只能在门口看一眼,不能进去深究。

最后,故宫确实有让人严肃的气氛,红色宫墙,很高,望不到边,也许高高的宫墙也能保存住一些秘密,保持神秘色彩。

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厦门大学为什么有那么多别称?都是怎么来的?

1、南方之强

陈嘉庚 先生在筹办厦门大学之时,于1920年11月发表了“筹办厦门大学演词”,就强调要把厦大办成“南方之强”。厦门大学作为“南方之强”被广泛了解,是在抗战时内迁 长汀 办学时期。

1940年8月至1941年, 国民政府 教育部举行首届和第二届全国大学生学业竞试,厦门大学均名列第一,国民政府教育部全国通令嘉奖,厦大由此被广泛称誉为“南方之强”。

2、厦门第一人民公园

厦门大学是我国东南隅的重点高校,厦大的校园风景是全国有名的,号称是我国“最美大学”,每年都有来自全国各地的游客慕名而来,甚至需要预约排队购票才能一睹厦门大学的“芳容”,这个“厦门第一人民公园”的别称,实在是名副其实。

扩展资料:

厦门是个旅游城市,也是个热门旅游地,现在许多人前往 厦门鼓浪屿 、厦门大学都是必须要去的景点,厦门大学始建于1921年,由爱国华侨陈嘉庚先生创办,是我国近代第一座由华侨创办的大学,最初为私立大学,后来改为 国立大学 。

厦大之前成为了一部火热的青春偶像剧 《一起来看流星雨》 的取景地,这部电视剧的男女主都青春靓丽帅气美丽,他们的校服也是让大家觉得这才是理想大学的状态。因此大家都想去体验一把明星们待过的地方,也是人们想去厦大的一个原因。

参考资料: 百度百科--厦门大学

参考资料: 官方网站--厦门大学

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