組織工程原理

目錄
0組織工程的前景1
0.1組織工程的起源1
0.2組織工程的三要素1
0.3身體的哪些部分能被組織工程替換？3
0.4無(wú)細(xì)胞假體3
0.5與發(fā)育生物學(xué)的關(guān)系4
0.6自然能被仿制嗎？4
0.7體外和體內(nèi)血管化的需要5
0.8干細(xì)胞6
0.9細(xì)胞信號(hào)6
0.10展望7
參考文獻(xiàn)7
第１部分組織工程導(dǎo)論
1組織工程的歷史及范圍11
1.1引言11
1.2科學(xué)問(wèn)題12
1.3基本科學(xué)觀點(diǎn)13
1.4社會(huì)問(wèn)題14
參考文獻(xiàn)15
2仿真的挑戰(zhàn)16
2.1引言16
2.2細(xì)胞技術(shù)17
2.3構(gòu)建技術(shù)18
2.4整合入活體系統(tǒng)20
2.5結(jié)語(yǔ)20
致謝21
參考文獻(xiàn)21
第２部分生長(zhǎng)與分化基礎(chǔ)知識(shí)
3高度有序結(jié)構(gòu)中細(xì)胞的器官化25
3.1引言25
3.2EMT中的細(xì)胞變化26
3.3轉(zhuǎn)化的刺激30
3.4結(jié)論32
參考文獻(xiàn)33
4細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)相互作用的動(dòng)力學(xué)38
4.1引言38
4.2細(xì)胞外基質(zhì)的成分和多樣性39
4.3ECM分子的受體39
4.4細(xì)胞ECM相互作用41
4.5細(xì)胞蠶赴外基質(zhì)相互作用的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)47
4.6與組織工程的相關(guān)性50
參考文獻(xiàn)51
5基質(zhì)分子及配基59
5.1引言59
5.2纖維膠原:細(xì)胞外基質(zhì)中的主要骨架蛋白60
5.3彈力纖維和微原纖維64
5.4纖連蛋白:一個(gè)多結(jié)構(gòu)域,多功能的黏附的細(xì)胞外基質(zhì)糖蛋白65
5.5層黏連蛋白:大的,黏附性的基底膜分子66
5.6細(xì)胞不質(zhì)相互作用的調(diào)節(jié)器67
5.7蛋白聚糖:多功能細(xì)胞外基質(zhì)和細(xì)胞表面分子68
5.8小結(jié)70
參考文獻(xiàn)70
6誘導(dǎo)現(xiàn)象74
6.1引言74
6.2內(nèi)胚層發(fā)生中的上皮到間充質(zhì)信號(hào)74
6.3肺發(fā)育及誘導(dǎo)信號(hào)75
6.4胰腺發(fā)育中的選擇信號(hào)76
參考文獻(xiàn)79
7形態(tài)發(fā)生與組織工程81
7.1引言81
7.2骨形態(tài)發(fā)生蛋白82
7.3軟骨形態(tài)發(fā)生蛋白84
7.4多效性和閾值84
7.5BMP與細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)合85
7.6BMP:骨外作用85
7.7BMP受體85
7.8應(yīng)答干細(xì)胞86
7.9形態(tài)發(fā)生素和基因治療87
7.10擬生態(tài)生物材料87
7.11骨和關(guān)節(jié)的組織工程88
7.12面臨的問(wèn)題88
致謝89
參考文獻(xiàn)89
8細(xì)胞決定和細(xì)胞分化92
8.1引言92
8.2MRF在胚胎發(fā)育過(guò)程中的作用93
8.3啟動(dòng)骨骼肌發(fā)育94
參考文獻(xiàn)95
第3部分體外組織發(fā)育控制
9組織工程的力學(xué)及化學(xué)決定因素99
9.1引言99
9.2細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能99
9.3通過(guò)ECM重塑的模式形成102
9.4生長(zhǎng)和分化之間的機(jī)械化學(xué)轉(zhuǎn)換103
9.5小結(jié)105
致謝106
參考文獻(xiàn)106
10動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)109
致謝114
參考文獻(xiàn)114
11基質(zhì)細(xì)胞蛋白對(duì)細(xì)胞行為的調(diào)節(jié)117
11.1引言117
11.2基質(zhì)細(xì)胞蛋白118
11.3SPARC121
11.4結(jié)論122
參考文獻(xiàn)123
12生長(zhǎng)因子126
12.1引言126
12.2創(chuàng)面愈合127
12.3堿性成纖維細(xì)胞因子在血管發(fā)生中的作用132
12.4生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子的其他作用133
12.5結(jié)論134
參考文獻(xiàn)134
13組織工程生物反應(yīng)器139
13.1引言139
13.2細(xì)胞―聚合物構(gòu)建物140
13.3生物反應(yīng)器技術(shù)141
13.4組織形成的生物反應(yīng)器調(diào)節(jié)144
13.5功能組織的生物反應(yīng)器培養(yǎng)146
13.6組織工程生物反應(yīng)器：技術(shù)狀態(tài)148
13.7結(jié)語(yǔ)與需要研究的問(wèn)題149
致謝150
參考文獻(xiàn)150
14微重力組織裝配152
14.1引言152
14.2微重力培養(yǎng)：一種新的組織培養(yǎng)環(huán)境153
14.3血管化――克服組織裝配中的大小限制154
14.4太空中的組織構(gòu)建154
14.5體外胚胎學(xué)156
14.6重力感受器156
14.7存在的問(wèn)題156
14.8結(jié)語(yǔ)157
致謝157
參考文獻(xiàn)157
第4部分組織器官的體內(nèi)構(gòu)建
15組織器官的體內(nèi)構(gòu)建163
15.1功能喪失的程度：大分子與器官163
15.2體內(nèi)器官構(gòu)建過(guò)程中體內(nèi)環(huán)境的基本參數(shù)164
15.3組織器官再生模板設(shè)計(jì)的基本原則166
15.4體內(nèi)構(gòu)建實(shí)例169
15.5總結(jié)172
參考文獻(xiàn)172
第5部分組織工程模型
16組織工程組織的器官化及組織化模型177
16.1引言177
16.2膠原凝膠模型177
16.3膠原網(wǎng)格中細(xì)胞間的相互作用模型178
16.4?其他表皮布涑渲氏赴模型180
16.5血管模型182
16.6除凝膠外其他用于模型系統(tǒng)的支架183
16.7細(xì)胞信號(hào)及支架活化184
16.8組織模型及器官構(gòu)建的目標(biāo)及應(yīng)用185
參考文獻(xiàn)186
17組織工程的定量研究：有關(guān)動(dòng)力學(xué)、傳輸和力學(xué)的基本問(wèn)題189
17.1引言189
17.2分子與細(xì)胞的相互作用189
17.3組織中分子和細(xì)胞的傳輸191
17.4細(xì)胞和組織的力學(xué)194
參考文獻(xiàn)198
第6部分組織工程的生物材料
18細(xì)胞及其環(huán)境的圖案化203
18.1引言203
18.2軟刻蝕法203
18.3自組裝單層204
18.4微接觸印跡法206
18.5微流體圖案化209
18.6層流圖案化210
18.7小結(jié)與展望211
致謝212
參考文獻(xiàn)212
19細(xì)胞與聚合物的相互作用215
19.1引言215
19.2特征細(xì)胞同聚合物相互作用的方法216
19.3細(xì)胞與聚合物表面的相互作用218
19.4懸浮液中細(xì)胞與聚合物的相互作用222
19.5細(xì)胞與三維聚合物支架和凝膠的相互作用223
參考文獻(xiàn)224
20基質(zhì)效應(yīng)230
20.1引言230
20.2細(xì)胞外基質(zhì)蛋白質(zhì)及其受體230
20.3研究基質(zhì)相互作用的模型體系235
20.4通過(guò)基質(zhì)圖案化而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的圖案化237
20.5通過(guò)細(xì)胞外基質(zhì)的信號(hào)傳輸及功能調(diào)控238
20.6生物材料體系的實(shí)用化240
參考文獻(xiàn)240
21聚合物支架加工245
21.1引言245
21.2纖維黏接246
21.3溶劑灌制和粒子瀝濾247
21.4膜材層合248
21.5熔融模塑249
21.6擠出249
21.7三維打印250
21.8氣體發(fā)泡250
21.9冷凍干燥法250
21.10相分離技術(shù)251
21.11聚合物/陶瓷復(fù)合材料海綿251
21.12原位聚合252
21.13結(jié)語(yǔ)253
參考文獻(xiàn)253
22可生物降解聚合物255
22.1引言255
22.2可生物降解聚合物的選擇準(zhǔn)則255
22.3生物衍生物可吸收聚合物256
22.4研究中的由生物衍生的生物吸收性材料258
22.5構(gòu)建組織工程產(chǎn)品的材料264
22.6結(jié)語(yǔ)265
參考文獻(xiàn)265
第7部分工程化細(xì)胞和組織的移植
23工程化細(xì)胞和組織移植的策略273
23.1簡(jiǎn)介273
23.2制定可行的策略273
23.3設(shè)計(jì)時(shí)重要的考慮因素――移植物的作用方式275
23.4宿主的作用276
23.5細(xì)胞的來(lái)源276
23.6非自體細(xì)胞的免疫學(xué)279
23.7安全性考慮280
23.8結(jié)語(yǔ)280
參考文獻(xiàn)280
24冷凍保存技術(shù)283
24.1引言283
24.2冷凍保存技術(shù)在組織工程學(xué)中的應(yīng)用283
24.3發(fā)展低溫保存技術(shù)存在的挑戰(zhàn)284
24.4細(xì)胞的低溫生物學(xué)285
24.5組織冷凍生物學(xué)291
24.6結(jié)語(yǔ)及展望293
致謝293
參考文獻(xiàn)294
25免疫調(diào)節(jié)297
25.1引言297
25.2組織設(shè)計(jì)理念的起源298
25.3組織設(shè)計(jì)研究的擴(kuò)展299
25.4供者M(jìn)HC?Ⅰ基因清除和抗體封閉后移植物的存活機(jī)制301
25.5免疫調(diào)節(jié)技術(shù)推動(dòng)美國(guó)異種移植走向臨床試驗(yàn)304
25.6轉(zhuǎn)基因305
25.7RNA清除305
25.8結(jié)語(yǔ)306
參考文獻(xiàn)306
26免疫隔離308
26.1引言308
26.2技術(shù)方法308
26.3臨床310
26.4發(fā)展前景313
參考文獻(xiàn)314
27免疫隔離裝置發(fā)展過(guò)程中的工程學(xué)挑戰(zhàn)317
27.1引言317
27.2工程學(xué)挑戰(zhàn)317
27.3氧供限制321
27.4原位氧生成理論分析323
27.5計(jì)算328
27.6結(jié)語(yǔ)332
致謝332
參考文獻(xiàn)332
第8部分胎兒組織工程
28胎兒組織工程337
28.1引言337
28.2胎細(xì)胞的一般特征338
28.3胎兒作為移植宿主340
28.4胎兒組織工程341
28.5倫理學(xué)上的思考345
28.6預(yù)期前景346
參考文獻(xiàn)346
29多潛能干細(xì)胞352
29.1引言352
29.2體外分化354
29.3體外分化和標(biāo)記物的范例357
29.4體內(nèi)應(yīng)用359
29.5小結(jié)和未來(lái)的展望361
參考文獻(xiàn)362
第9部分基因治療
30基因水平治療策略367
30.1引言367
30.2基因傳遞368
30.3穩(wěn)定的基因表達(dá)372
30.4基因水平治療的安全考慮376
30.5大規(guī)模生產(chǎn)377
30.6結(jié)論378
致謝379
參考文獻(xiàn)379
第10部分乳腺
31乳腺重建391
31.1引言391
31.2軟組織工程的幾種種子細(xì)胞392
31.3材料394
31.4動(dòng)物模型397
31.5增強(qiáng)組織工程組織血管化的策略398
31.6結(jié)語(yǔ)及評(píng)論400
參考文獻(xiàn)400
第1１部分心血管系統(tǒng)
32血管407
32.1引言407
32.2移植物治療408
32.3研究移植血管的策略412
參考文獻(xiàn)421
33小直徑血管移植427
33.1引言427
33.2合成移植物428
33.3體外血管組織工程428
33.4體內(nèi)血管組織工程429
33.5小結(jié)432
參考文獻(xiàn)433
34心臟修復(fù)435
34.1引言435
34.2組織心臟瓣膜簡(jiǎn)史436
34.31999年組織瓣膜狀況438
34.4是否利用支架的問(wèn)題441
34.5修復(fù)與置換的問(wèn)題441
34.6對(duì)未來(lái)的思索442
34.7最近的發(fā)展443
34.8理想的瓣膜修復(fù)和置換444
參考文獻(xiàn)445
第12部分角膜
35角膜449
35.1引言449
35.2角膜的生物學(xué)特性451
35.3人工角膜的標(biāo)準(zhǔn)454
35.4角膜假體的開(kāi)發(fā)455
35.5完整裝置的評(píng)價(jià)460
35.6其他用于改變角膜曲率的裝置463
致謝463
參考文獻(xiàn)463
第13部分內(nèi)分泌及代謝
36生物人工胰腺469
36.1引言469
36.2理論背景470
36.3實(shí)驗(yàn)473
36.4膠囊技術(shù)的發(fā)展474
36.5討論477
致謝477
參考文獻(xiàn)477
37甲狀旁腺480
37.1同種異體甲狀旁腺移植的歷史480
37.2甲狀旁腺機(jī)能減退482
37.3微囊化技術(shù)487
37.4藻酸鹽487
37.5微囊化甲狀旁腺組織的實(shí)驗(yàn)研究和臨床移植488
37.6其他方法和前景488
致謝489
參考文獻(xiàn)489
第１４部分胃腸系統(tǒng)
38消化道495
38.1引言495
38.2組織工程496
38.3小腸細(xì)胞分離497
38.4操作步驟499
38.5討論502
致謝504
參考文獻(xiàn)504
39肝臟507
39.1引言507
39.2肝的解剖結(jié)構(gòu)及功能507
39.3肝衰竭的病理生理分類(lèi)509
39.4肝衰竭時(shí)肝性腦病的發(fā)病機(jī)制510
39.5肝支持裝置的醫(yī)學(xué)運(yùn)用510
39.6肝支持裝置的生物學(xué)組成部分511
39.7肝支持裝置的結(jié)構(gòu)513
參考文獻(xiàn)515
40肝支持系統(tǒng)518
40.1引言518
40.2HepatAssist系統(tǒng)518
40.3細(xì)胞的準(zhǔn)備518
40.4臨床研究519
40.5結(jié)論521
致謝522
參考文獻(xiàn)522
41細(xì)胞譜系生物學(xué)與肝臟523
41.1引言523
41.2肝臟的結(jié)構(gòu)和發(fā)育524
41.3組織工程的細(xì)胞來(lái)源、分離與鑒定526
41.4組織工程中人類(lèi)細(xì)胞的來(lái)源532
41.5微環(huán)境534
41.6可生物降解聚合物539
41.7組織工程生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)545
41.8組織工程的技術(shù)方面548
41.9展望550
41.10小結(jié)551
致謝551
參考文獻(xiàn)552
第１５部分造血系統(tǒng)
42紅細(xì)胞替代品565
42.1引言565
42.2為什么要修飾紅細(xì)胞？566
42.3血紅蛋白的來(lái)源569
42.4修飾后的血紅蛋白的循環(huán)時(shí)間569
42.5修飾的血紅蛋白血液替代品的安全性569
42.6修飾的血紅蛋白血液替代品的有效性570
42.7目前的情況和將來(lái)的研究和發(fā)展571
參考文獻(xiàn)571
43淋巴細(xì)胞574
43.1引言574
43.2淋巴細(xì)胞工程：現(xiàn)狀和潛力575
43.3淋巴細(xì)胞基因工程的前景和總結(jié)589
致謝589
參考文獻(xiàn)590
44造血干細(xì)胞594
44.1引言594
44.2造血概述:與組織工程相關(guān)的造血干細(xì)胞的特性和調(diào)節(jié)595
44.3干細(xì)胞池的組成596
44.4基質(zhì)微環(huán)境596
致謝601
參考文獻(xiàn)601
第１６部分腎臟和泌尿生殖系統(tǒng)
45腎臟替代裝置607
45.1引言607
45.2腎臟的基本功能?607
45.3組織工程腎功能替代的策略608
45.4小結(jié)613
參考文獻(xiàn)613
46泌尿生殖系統(tǒng)615
46.1引言615
46.2泌尿生殖系統(tǒng)組織工程策略615
46.3工程化泌尿生殖系統(tǒng)組織617
46.4展望622
參考文獻(xiàn)622
第１７部分骨骼肌系統(tǒng)
47結(jié)構(gòu)組織工程629
47.1引言629
47.2材料的開(kāi)發(fā)630
47.3結(jié)構(gòu)組織632
47.4生物力學(xué)636
47.5結(jié)論636
參考文獻(xiàn)636
48細(xì)胞工程化骨再生640
48.1引言640
48.2骨髓：間充質(zhì)祖細(xì)胞的來(lái)源640
48.3骨祖細(xì)胞的轉(zhuǎn)移644
48.4MSC引起的骨再生646
48.5MSC和基因治療649
48.6避免年齡相關(guān)的骨丟失650
48.7結(jié)論651
致謝651
參考文獻(xiàn)651
49關(guān)節(jié)軟骨損傷654
49.1引言654
49.2自體軟骨細(xì)胞移植656
49.3自體軟骨細(xì)胞移植的商品化658
49.4基于軟骨修復(fù)的細(xì)胞治療策略661
49.5結(jié)論663
參考文獻(xiàn)663
50肌腱與韌帶666
50.1引言666
50.2生物工程肌腱和韌帶替代物的需求666
50.3肌腱和韌帶的組織學(xué)667
50.4生物工程肌腱和韌帶的構(gòu)建668
50.5一種新型活性生物工程韌帶模型668
50.6構(gòu)建和分析我們的bACL的技術(shù)步驟669
50.7結(jié)論673
50.8生物工程化肌腱和韌帶的展望673
致謝674
參考文獻(xiàn)674
51骨的機(jī)械傳感機(jī)制677
51.1引言677
51.2連接的細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)678
51.3機(jī)械傳感在細(xì)胞連接網(wǎng)絡(luò)上的傳遞679
51.4需進(jìn)一步研究的問(wèn)題：Socrate（蘇格拉底）的問(wèn)題686
參考文獻(xiàn)687
52成肌細(xì)胞治療693
52.1引言693
52.2成肌細(xì)胞介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)移693
52.3用于肌病的治療性成肌細(xì)胞移植694
參考文獻(xiàn)699
第18部分神經(jīng)系統(tǒng)
53聽(tīng)力的保護(hù)與恢復(fù)705
53.1引言705
53.2介入治療的基本原理705
53.3介入治療的方法709
53.4結(jié)論712
參考文獻(xiàn)712
54視力增強(qiáng)系統(tǒng)716
54.1視覺(jué)系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)與功能（及功能障礙）716
54.2恢復(fù)視力的方法718
54.3現(xiàn)有方法718
54.4工程細(xì)胞和組織的應(yīng)用：難題和試驗(yàn)性的解決方法723
54.52020年遠(yuǎn)景展望725
參考文獻(xiàn)725
55腦移植728
55.1引言728
55.2裸細(xì)胞移植729
55.3被囊細(xì)胞移植物732
55.4控釋移植物733
55.5引導(dǎo)軸突再生的移植物733
55.6疾病對(duì)象734
55.7手術(shù)的思考736
55.8結(jié)論736
參考文獻(xiàn)736
56神經(jīng)再生739
56.1神經(jīng)再生和神經(jīng)組織工程739
56.2神經(jīng)再生概述740
56.3引導(dǎo)導(dǎo)管的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用742
56.4以生物材料為基礎(chǔ)的神經(jīng)修復(fù)方法744
56.5神經(jīng)修復(fù)的組織工程學(xué)方法747
56.6神經(jīng)重接的特異性749
56.7總結(jié)750
參考文獻(xiàn)750
57脊髓功能障礙和損傷的移植治療策略753
57.1引言753
57.2作為軸突橋的脊髓移植物753
57.3可替代特異性細(xì)胞群的脊髓移植物759
57.4提供神經(jīng)遞質(zhì)的脊髓植入762
參考文獻(xiàn)767
58神經(jīng)干細(xì)胞775
58.1引言775
58.2背景775
58.3神經(jīng)干細(xì)胞在組織工程中的應(yīng)用779
58.4總結(jié)782
參考文獻(xiàn)782
第19部分牙周及牙本質(zhì)的應(yīng)用
59牙周學(xué)應(yīng)用787
59.1引言787
59.2組織引導(dǎo)再生788
59.3骨替代品789
59.4牙用種植體791
59.5生長(zhǎng)因子和血漿蛋白793
59.6細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)794
59.7結(jié)論795
參考文獻(xiàn)796
60牙本質(zhì)的再生800
60.1引言800
60.2牙本質(zhì)800
60.3骨形成蛋白800
60.4誘導(dǎo)牙本質(zhì)的潛能801
60.5人重組骨形成蛋白誘導(dǎo)牙本質(zhì)形成801
60.6載體系統(tǒng)803
60.7臨床應(yīng)用的問(wèn)題803
60.8其他的問(wèn)題803
60.9BMP誘導(dǎo)的成牙本質(zhì)作用的潛在應(yīng)用804
參考文獻(xiàn)805
第20部分皮膚
61傷口修復(fù)：組織工程相關(guān)基礎(chǔ)生物學(xué)809
61.1引言809
61.2炎癥810
61.3上皮化形成810
61.4肉芽組織813
61.5傷口收縮和細(xì)胞外基質(zhì)重組820
參考文獻(xiàn)822
62皮膚831
62.1引言831
62.2皮膚結(jié)構(gòu)和功能832
62.3工程化皮膚組織835
62.4表皮再生836
62.5真皮替代物836
62.6復(fù)合皮膚移植物837
62.7結(jié)論839
參考文獻(xiàn)839
63真皮替代物843
63.1引言843
63.2產(chǎn)業(yè)化細(xì)胞庫(kù)的建立和細(xì)胞檢測(cè)843
63.3真皮替代物的生產(chǎn)844
63.4創(chuàng)傷愈合的臨床結(jié)果852
63.5總結(jié)852
參考文獻(xiàn)853
第21部分子宮
64人造子宮857
64.1組織工程必須為早產(chǎn)兒提供什么？858
64.2早產(chǎn)導(dǎo)致的后果858
64.3理想的人造子宮859
64.4人造胎盤(pán)的設(shè)計(jì)861
64.5人造子宮內(nèi)的器官成熟862
64.6人造子宮技術(shù)的變化863
64.7結(jié)論863
參考文獻(xiàn)863
第22部分管理意見(jiàn)
65管理意見(jiàn)867
65.1引言867
65.2立法/監(jiān)督機(jī)構(gòu)868
65.3產(chǎn)品評(píng)審與管理過(guò)程869
65.4產(chǎn)品評(píng)估的最新發(fā)展874
65.5食品與藥品管理局總部與地方辦公室的協(xié)作876
65.6標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展877
65.7與企業(yè)的交流878
65.8食品與藥品管理局和組織工程醫(yī)學(xué)產(chǎn)品的前景展望878
致謝879
參考文獻(xiàn)879
結(jié)語(yǔ)880
中文索引881
英文索引886