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無細胞假體3
0.5與發(fā)育生物學的關(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干細胞6
0.9細胞信號6
0.10展望7
參考文獻7
第１部分組織工程導論
1組織工程的歷史及范圍11
1.1引言11
1.2科學問題12
1.3基本科學觀點13
1.4社會問題14
參考文獻15
2仿真的挑戰(zhàn)16
2.1引言16
2.2細胞技術(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20
致謝21
參考文獻21
第２部分生長與分化基礎(chǔ)知識
3高度有序結(jié)構(gòu)中細胞的器官化25
3.1引言25
3.2EMT中的細胞變化26
3.3轉(zhuǎn)化的刺激30
3.4結(jié)論32
參考文獻33
4細胞和細胞外基質(zhì)相互作用的動力學38
4.1引言38
4.2細胞外基質(zhì)的成分和多樣性39
4.3ECM分子的受體39
4.4細胞ECM相互作用41
4.5細胞蠶赴外基質(zhì)相互作用的信號轉(zhuǎn)導47
4.6與組織工程的相關(guān)性50
參考文獻51
5基質(zhì)分子及配基59
5.1引言59
5.2纖維膠原:細胞外基質(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:一個多結(jié)構(gòu)域,多功能的黏附的細胞外基質(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:多功能細胞外基質(zhì)和細胞表面分子68
5.8小結(jié)70
參考文獻70
6誘導現(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74
6.3肺發(fā)育及誘導信號75
6.4胰腺發(fā)育中的選擇信號76
參考文獻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與細胞外基質(zhì)結(jié)合85
7.6BMP:骨外作用85
7.7BMP受體85
7.8應答干細胞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面臨的問題88
致謝89
參考文獻89
8細胞決定和細胞分化92
8.1引言92
8.2MRF在胚胎發(fā)育過程中的作用93
8.3啟動骨骼肌發(fā)育94
參考文獻95
第3部分體外組織發(fā)育控制
9組織工程的力學及化學決定因素99
9.1引言99
9.2細胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能99
9.3通過ECM重塑的模式形成102
9.4生長和分化之間的機械化學轉(zhuǎn)換103
9.5小結(jié)105
致謝106
參考文獻106
10動物細胞的培養(yǎng)109
致謝114
參考文獻114
11基質(zhì)細胞蛋白對細胞行為的調(diào)節(jié)117
11.1引言117
11.2基質(zhì)細胞蛋白118
11.3SPARC121
11.4結(jié)論122
參考文獻123
12生長因子126
12.1引言126
12.2創(chuàng)面愈合127
12.3堿性成纖維細胞因子在血管發(fā)生中的作用132
12.4生長因子和細胞因子的其他作用133
12.5結(jié)論134
參考文獻134
13組織工程生物反應器139
13.1引言139
13.2細胞―聚合物構(gòu)建物140
13.3生物反應器技術(shù)141
13.4組織形成的生物反應器調(diào)節(jié)144
13.5功能組織的生物反應器培養(yǎng)146
13.6組織工程生物反應器：技術(shù)狀態(tài)148
13.7結(jié)語與需要研究的問題149
致謝150
參考文獻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156
14.6重力感受器156
14.7存在的問題156
14.8結(jié)語157
致謝157
參考文獻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)計的基本原則166
15.4體內(nèi)構(gòu)建實例169
15.5總結(jié)172
參考文獻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細胞信號及支架活化184
16.8組織模型及器官構(gòu)建的目標及應用185
參考文獻186
17組織工程的定量研究：有關(guān)動力學、傳輸和力學的基本問題189
17.1引言189
17.2分子與細胞的相互作用189
17.3組織中分子和細胞的傳輸191
17.4細胞和組織的力學194
參考文獻198
第6部分組織工程的生物材料
18細胞及其環(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212
19細胞與聚合物的相互作用215
19.1引言215
19.2特征細胞同聚合物相互作用的方法216
19.3細胞與聚合物表面的相互作用218
19.4懸浮液中細胞與聚合物的相互作用222
19.5細胞與三維聚合物支架和凝膠的相互作用223
參考文獻224
20基質(zhì)效應230
20.1引言230
20.2細胞外基質(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通過基質(zhì)圖案化而實現(xiàn)細胞的圖案化237
20.5通過細胞外基質(zhì)的信號傳輸及功能調(diào)控238
20.6生物材料體系的實用化240
參考文獻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/陶瓷復合材料海綿251
21.12原位聚合252
21.13結(jié)語253
參考文獻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265
參考文獻265
第7部分工程化細胞和組織的移植
23工程化細胞和組織移植的策略273
23.1簡介273
23.2制定可行的策略273
23.3設(shè)計時重要的考慮因素――移植物的作用方式275
23.4宿主的作用276
23.5細胞的來源276
23.6非自體細胞的免疫學279
23.7安全性考慮280
23.8結(jié)語280
參考文獻280
24冷凍保存技術(shù)283
24.1引言283
24.2冷凍保存技術(shù)在組織工程學中的應用283
24.3發(fā)展低溫保存技術(shù)存在的挑戰(zhàn)284
24.4細胞的低溫生物學285
24.5組織冷凍生物學291
24.6結(jié)語及展望293
致謝293
參考文獻294
25免疫調(diào)節(jié)297
25.1引言297
25.2組織設(shè)計理念的起源298
25.3組織設(shè)計研究的擴展299
25.4供者MHC?Ⅰ基因清除和抗體封閉后移植物的存活機制301
25.5免疫調(diào)節(jié)技術(shù)推動美國異種移植走向臨床試驗304
25.6轉(zhuǎn)基因305
25.7RNA清除305
25.8結(jié)語306
參考文獻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314
27免疫隔離裝置發(fā)展過程中的工程學挑戰(zhàn)317
27.1引言317
27.2工程學挑戰(zhàn)317
27.3氧供限制321
27.4原位氧生成理論分析323
27.5計算328
27.6結(jié)語332
致謝332
參考文獻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倫理學上的思考345
28.6預期前景346
參考文獻346
29多潛能干細胞352
29.1引言352
29.2體外分化354
29.3體外分化和標記物的范例357
29.4體內(nèi)應用359
29.5小結(jié)和未來的展望361
參考文獻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胞392
31.3材料394
31.4動物模型397
31.5增強組織工程組織血管化的策略398
31.6結(jié)語及評論400
參考文獻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433
34心臟修復435
34.1引言435
34.2組織心臟瓣膜簡史436
34.31999年組織瓣膜狀況438
34.4是否利用支架的問題441
34.5修復與置換的問題441
34.6對未來的思索442
34.7最近的發(fā)展443
34.8理想的瓣膜修復和置換444
參考文獻445
第12部分角膜
35角膜449
35.1引言449
35.2角膜的生物學特性451
35.3人工角膜的標準454
35.4角膜假體的開發(fā)455
35.5完整裝置的評價460
35.6其他用于改變角膜曲率的裝置463
致謝463
參考文獻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實驗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驗研究和臨床移植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小腸細胞分離497
38.4操作步驟499
38.5討論502
致謝504
參考文獻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509
39.4肝衰竭時肝性腦病的發(fā)病機制510
39.5肝支持裝置的醫(yī)學運用510
39.6肝支持裝置的生物學組成部分511
39.7肝支持裝置的結(jié)構(gòu)513
參考文獻515
40肝支持系統(tǒng)518
40.1引言518
40.2HepatAssist系統(tǒng)518
40.3細胞的準備518
40.4臨床研究519
40.5結(jié)論521
致謝522
參考文獻522
41細胞譜系生物學與肝臟523
41.1引言523
41.2肝臟的結(jié)構(gòu)和發(fā)育524
41.3組織工程的細胞來源、分離與鑒定526
41.4組織工程中人類細胞的來源532
41.5微環(huán)境534
41.6可生物降解聚合物539
41.7組織工程生物反應器的設(shè)計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552
第１５部分造血系統(tǒng)
42紅細胞替代品565
42.1引言565
42.2為什么要修飾紅細胞？566
42.3血紅蛋白的來源569
42.4修飾后的血紅蛋白的循環(huán)時間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目前的情況和將來的研究和發(fā)展571
參考文獻571
43淋巴細胞574
43.1引言574
43.2淋巴細胞工程：現(xiàn)狀和潛力575
43.3淋巴細胞基因工程的前景和總結(jié)589
致謝589
參考文獻590
44造血干細胞594
44.1引言594
44.2造血概述:與組織工程相關(guān)的造血干細胞的特性和調(diào)節(jié)595
44.3干細胞池的組成596
44.4基質(zhì)微環(huán)境596
致謝601
參考文獻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材料的開發(fā)630
47.3結(jié)構(gòu)組織632
47.4生物力學636
47.5結(jié)論636
參考文獻636
48細胞工程化骨再生640
48.1引言640
48.2骨髓：間充質(zhì)祖細胞的來源640
48.3骨祖細胞的轉(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651
49關(guān)節(jié)軟骨損傷654
49.1引言654
49.2自體軟骨細胞移植656
49.3自體軟骨細胞移植的商品化658
49.4基于軟骨修復的細胞治療策略661
49.5結(jié)論663
參考文獻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674
51骨的機械傳感機制677
51.1引言677
51.2連接的細胞網(wǎng)絡678
51.3機械傳感在細胞連接網(wǎng)絡上的傳遞679
51.4需進一步研究的問題：Socrate（蘇格拉底）的問題686
參考文獻687
52成肌細胞治療693
52.1引言693
52.2成肌細胞介導的基因轉(zhuǎn)移693
52.3用于肌病的治療性成肌細胞移植694
參考文獻699
第18部分神經(jīng)系統(tǒng)
53聽力的保護與恢復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712
54視力增強系統(tǒng)716
54.1視覺系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)與功能（及功能障礙）716
54.2恢復視力的方法718
54.3現(xiàn)有方法718
54.4工程細胞和組織的應用：難題和試驗性的解決方法723
54.52020年遠景展望725
參考文獻725
55腦移植728
55.1引言728
55.2裸細胞移植729
55.3被囊細胞移植物732
55.4控釋移植物733
55.5引導軸突再生的移植物733
55.6疾病對象734
55.7手術(shù)的思考736
55.8結(jié)論736
參考文獻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引導導管的實驗室應用742
56.4以生物材料為基礎(chǔ)的神經(jīng)修復方法744
56.5神經(jīng)修復的組織工程學方法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767
58神經(jīng)干細胞775
58.1引言775
58.2背景775
58.3神經(jīng)干細胞在組織工程中的應用779
58.4總結(jié)782
參考文獻782
第19部分牙周及牙本質(zhì)的應用
59牙周學應用787
59.1引言787
59.2組織引導再生788
59.3骨替代品789
59.4牙用種植體791
59.5生長因子和血漿蛋白793
59.6細胞培養(yǎng)技術(shù)794
59.7結(jié)論795
參考文獻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誘導牙本質(zhì)的潛能801
60.5人重組骨形成蛋白誘導牙本質(zhì)形成801
60.6載體系統(tǒng)803
60.7臨床應用的問題803
60.8其他的問題803
60.9BMP誘導的成牙本質(zhì)作用的潛在應用804
參考文獻805
第20部分皮膚
61傷口修復：組織工程相關(guān)基礎(chǔ)生物學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傷口收縮和細胞外基質(zhì)重組820
參考文獻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復合皮膚移植物837
62.7結(jié)論839
參考文獻839
63真皮替代物843
63.1引言843
63.2產(chǎn)業(yè)化細胞庫的建立和細胞檢測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)導致的后果858
64.3理想的人造子宮859
64.4人造胎盤的設(shè)計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863
第22部分管理意見
65管理意見867
65.1引言867
65.2立法/監(jiān)督機構(gòu)868
65.3產(chǎn)品評審與管理過程869
65.4產(chǎn)品評估的最新發(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標準的發(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)學產(chǎn)品的前景展望878
致謝879
參考文獻879
結(jié)語880
中文索引881
英文索引886