生物反应器在组织工程中的应用进展

种子细胞是组织工程学的基本要素之一,种子细胞体外大规模扩增培养是组织工程学的一个重要方面.生物反应器体外大规模扩增动物细胞已成为当前最常用、有效的方法，并且越来越多地在组织工程中得到应用。以此为参考，在新型生物反应器中大规模扩增组织工程种子细胞或体外构建工程化组织，已成为一种全新的研究和治疗思路。     

生物反应器在组织工程学中的应用及其前景

用于组织工程的生物反应器主要有以下类型：搅拌式生物反应器一般应用于微载体培养细胞或组织构建，但对细胞的剪应力大。灌注反应器克服了机械混合产生的剪应力，可以对细胞的周围环境进行精确的监测和控制。旋转生物反应器是一种水平旋转的、无气泡的膜扩散式气体交换的培养系统，几乎没有破坏性的剪切力，细胞表型表达更充分。生物反应器与微载体相结合，可使细胞培养的数量提高数十倍，可以满足较大体积组织构建对种子细胞数量的需求。生物反应器提供的动态培养可使支架内的氧及营养传质更充分，代谢产物更容易排出，细胞表型更充分地表达，种子细胞可达到远超过被动扩散的深度。生物反应器还能提供很多培养组织所必需的物理信号。     

生物反应器在组织工程学中的应用及其前景

用于组织工程的生物反应器主要有以下类型:搅拌式生物反应器一般应用于微载体培养细胞或组织构建,但对细胞的剪应力大。灌注反应器克服了机械混合产生的剪应力,可以对细胞的周围环境进行精确的监测和控制。旋转生物反应器是一种水平旋转的、无气泡的膜扩散式气体交换的培养系统,几乎没有破坏性的剪切力,细胞表型表达更充分。生物反应器与微载体相结合,可使细胞培养的数量提高数十倍,可以满足较大体积组织构建对种子细胞数量的需求。生物反应器提供的动态培养可使支架内的氧及营养传质更充分,代谢产物更容易排出,细胞表型更充分地表达,种子细胞可达到远超过被动扩散的深度。生物反应器还能提供很多培养组织所必需的物理信号。     

人脂肪干细胞复合脱细胞软骨基质支架在生物反应器中构建组织工程软骨

目的:观察人脂肪干细胞复合脱细胞软骨基质支架在生物反应器中初步构建组织工程软骨的可行性。方法:实验于2005-04/2006-05在解放军总医院骨科研究所完成。脂肪组织和关节软骨均来自膝关节置换术中切除的组织,并经患者知情同意。关节软骨冻干后经粉碎机粉碎,过筛,选取25～38μm大小的软骨微粒。在样品中先加入2.5g/L胰蛋白酶,37℃消化24h,再加入1%Triton X-100震荡72h。将软骨微粒和蒸馏水按1∶3的比例混合后滴加在模板中,置入冷冻干燥机冻干后行紫外线交联。紫外线照射8h完成。最后经25kGy 60Co辐照灭菌完成支架制备。取膝关节置换术中切除的髌下脂肪垫,酶消法获得脂肪干细胞,扩增后复合于脱细胞软骨基质制成圆柱状三维支架上(细胞密度5×1010L-1),置于生物反应器中进行诱导培养,同时设静态培养组作为对照,3周后观测大体形态和组织学形态变化,同时进行组织化学(包括番红花O,阿利新蓝染色)和Ⅱ型胶原免疫组织化学分析。结果:生物反应器组诱导培养3周苏木精-伊红染色显示支架结构消失,只有中心区域残存少量支架结构;静态培养组支架结构尚存在,有少量基质分泌。番红花O染色显示生物反应器组细胞外有大量蛋白聚糖沉积,阿利新蓝染色表明有软骨特异性蛋白多糖的聚集;而静态培养组只有部分区域染色且淡于生物反应器组。Ⅰ型胶原免疫组化的结果显示,在生物反应器组细胞能够合成大量软骨细胞特异性胶原成分,而静态培养组呈弱阳性。结论:生物反应器培养明显促进了脂肪干细胞的增殖与软骨分化,是体外构建组织工程软骨的良好方法。     

动力性三维培养大尺寸组织工程骨的方法学研究

目的：大段的骨缺损需要在体外构建大尺寸的组织工程骨，需要解决如何保证支架材料内部的种子细胞充分的物质交换及保持种子细胞正常生理功能等问题。对组织工程骨体外构建技术进行综述，寻求适合构建大尺寸组织工程骨的方法。资料来源：检索时间为1991-01／2004-09。检索词为组织工程、生物反应器、细胞培养、支架材料等。检索手段包括电子检索和手工检索等。检索范围：Medline、中国期刊网CNKI数字图书馆(中国期刊全数据库)、中期刊数据库(VIP)及sciencedimct数字图书馆中期刊35种。选择关于组织工程骨体外构建的120篇相关献进行分析、总结。资料选择：对资料进行初审，选取包括组织工程骨的随机对照临床试验(RCT)研究相关献，筛除明显不随机临床试验的研究献。数据提炼：排除重复的同一研究和Meta分析研究，符合本研究标准21篇。资料综合：对各种组织工程骨的体外构建的技术方法进行比较分析，并了解其在实验及临床应用中的效果。现有的各种体外构建组织工程骨的方法中，动力性三维培养在提供有利于种子细胞生长的微环境，优化种子细胞在支架材料内部的分布等方面有较大的优势，但各种利用动力性三维培养的实验中，其构建的组织工程骨的尺寸都还比较小，无法满足临床大尺寸骨缺损修复对组织工程骨的要求。结论：改进组织工程骨的体外构建技术是骨组织工程研究的关键问题之一。优化支架材料结构，利用生物反应器对成骨样细胞与支架材料的复合物进行动力性三维培养，将成为解决大尺寸组织工程骨体外构建问题的关键。     

生物反应器在软组织工程研究中的应用

○生物反应器在肝脏中应用的种类?○肝脏支架的发展经历?○空心纤维反应器如何优化氧供应?○平膜生物反应器的设计原理?○静态的培养瓶、混合培养瓶和放置培养容器生物反应器各自的特点?○生物反应器在肌腱构建中的作用如何?○垂直灌流血管生物反应器由几部分组成?○血管流体应力生物反应器怎样刺激平滑肌细胞生长?     

治疗性克隆在组织工程方面的研究现状

临床上许多疾病由于细胞老化或受到病损，而引起正常的生理功能发生障碍或丧失，严重威胁着人类的生命和健康，如帕金森综合征、糖尿病、皮肤烧伤等。目前治疗这些疾病的方法主要采用细胞、组织和器官移植，然而，供体来源不足和免疫排斥反应一直成为器官移植方面的有待解决的两个根本性问题。治疗性克隆是生物学界在20世纪90年代末取得的两个重大突破一体细胞克隆技术及干细胞培养技术结合后产生的医学奇迹。它的目的就是产生个性化的，在基因组成上与患者相同的胚胎干细胞(embryonic stem cell，ES)，然后诱导ES分化为特定类型的可供移植的细胞或组织，来修复患者已丧失功能的组织或器官，达到完全治愈。常用的方法是：①利用体细胞核移植技术获得重构胚。②分离培养胚胎干细胞。③定向诱导分化胚胎干细胞，获得特定类型细胞。④目的细胞的分离纯化。⑤利用组织工程学的方法，把目的细胞构建成组织和器官。着重介绍治疗性克隆研究现状及最新使用方法，并对面临的问题作了概括性讨论。     

微重力反应器在细胞培养中的应用

目的：微重力培养技术是一种新兴的培养技术，可用于组织工程、细胞培养等多个领域。介绍微重力反应器模拟微重力环境用于细胞培养。资料来源：应用计算机检索PubMed 1995-01／2002-06的文章，检索词为“microgravity．simulated microgravity，bioreactor，tissue engineering，cellculture，Rotating cell culture system”，限定文章语言种类为English。 资料选择：纳入标准：①模拟微重力下细胞培养的研究。②微重力组织工程学的研究。③随机对照实验研究。④微重力环境的创建。排除标准：①较陈旧的文献。②重复研究。资料提炼：共收集到288篇与脊髓损伤修复相关的文献，其中19篇符合纳入标准．排除的269篇文章系同一类重复性研究。 资料综合：①模拟微重力培养有其独特的特点和实用性：避免湍流形成的过大剪切力；培养液通过旋转逐渐混合；零顶空间；贴壁依赖性细胞可在载体上生长；提供充分氧合作用。②微重力环境下细胞的生长：细胞易于聚集，产生更高的细胞密度。③微重力反应器可以建立动物细胞的三维培养体系，达到满足器官替代物，或体外研究的要求。④通过微重力反应器所构建的三维组织结构中可产生血管样管状结构，用于产生组织工程学的血管管道。⑤需要解决的问题：微重力反应器所构建的三维结构一旦离开微重力环境，其功能能否长期保持．或移植整合到宿主组织后仍保持不变，尚需进一步研究。 结论：模拟微重力培养是一种全新的组织培养技术．其核心技术是建立动物细胞的三维培养体系，可以为多种细胞和组织块的生长和代谢提供良好的培养环境，可以进行高密度的组织培养，并保持所培养细胞的组织分化特异性。     

体内生物反应器与体内骨组织工程

近年来，骨组织工程研究在种子细胞、支架材料和构建技术3个主要方面均取得了巨大进展，但复合体外培养细胞的骨组织工程产品临床应用仍面临挑战。体内骨组织工程是以受体自身机体作为生物反应器，单纯应用生物材料而不外加细胞或生长因子，在骨或非骨环境构建形成骨移植物修复自体骨缺损的技术。有关研究显示这是一种调动机体自我再生能力的组织工程新策略，具有切实可行的应用前景。     

干细胞来源的组织工程血管的研究及应用进展

血管在人体的绝大多数组织的形成和维持中起到重要作用.内皮细胞和平滑肌细胞是血管的重要组成细胞,同时还参与血管形成的调节、血压调节、脂代谢、血管内膜增生、肿瘤、炎症和血栓形成等生理病理过程.内皮和平滑肌细胞在治疗血管性疾病和促进缺血组织生长等应用中潜能巨大,其相关研究引起广泛关注.     

组织工程研究新进展

自 198 7年提出“组织工程学”概念以来 ,由于其重要的科学意义、潜在的经济效益 ,组织工程受到世界各国科学家、企业家及政府的高度重视。在政府基金、企业资金支持下 ,组织工程学基础研究已取得显著的进展 ,在某些领域已进入临床前研究或产业化阶段 ,组织工程皮肤已被美国食品及药物管理局 (ＦＤＡ)批准上市。预计在不久的将来还会有新的产品应用于临床治疗。1种子细胞的研究进展为支架材料提供生命源泉、并能形成组织的功能细胞称为种子细胞。依据其来源可分为自体、同种异体和异种细胞。自体细胞可由活检或穿刺所得到的组织进行分离培养…     

心肌组织工程研究进展

对晚期心功能衰竭的患者而言 ,心脏移植是首选的方法 ,但因心脏移植受供体缺乏、免疫抑制剂引发的并发症以及移植器官衰竭等因素的限制而不能广泛应用 ,绝大多数患者在等待中死亡。其他的治疗方式 ,如机械辅助装置及异种移植等 ,并不能有效地缓解心功能衰竭的症状。通过在病变局部直接诱导心肌细胞的增殖来提高心功能可能是一种最直接的治疗方式 ,但因成年哺乳动物的心肌内没有干细胞 ,因而心肌组织缺乏增殖和再生能力[1、2 ] 。在心肌损伤的情况下 ,如心肌梗死后 ,坏死的心肌细胞往往被成纤维细胞所替代而成为瘢痕组织。组织工程学的诞生为…     

The evolution of simulation techniques for dynamic bone tissue engineering in bioreactors

Bone tissue engineering aims to overcome the drawbacks of current bone regeneration techniques in orthopaedics. Bioreactors are widely used in the field of bone tissue engineering, as they help support efficient nutrition of cultured cells with the possible combination of applying mechanical stimuli. Beneficial influencing parameters of in vitro cultures are difficult to find and are mostly determined by trial and error, which is associated with significant time and money spent. Mathematical simulations can support the finding of optimal parameters. Simulations have evolved over the last 20 years from simple analytical models to complex and detailed computational models. They allow researchers to simulate the mechanical as well as the biological environment experienced by cells seeded on scaffolds in a bioreactor. Based on the simulation results, it is possible to give recommendations about specific parameters for bone bioreactor cultures, such as scaffold geometries, scaffold mechanical properties, the level of applied mechanical loading or nutrient concentrations. This article reviews the evolution in simulating various aspects of dynamic bone culture in bioreactors and reveals future research directions. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

椎间盘组织工程化的研究现状

椎间盘组织工程是通过在体外构建完整的椎间盘组织，然后植入原有退行性变的椎间盘以达到治疗的目的。研究主要集中在椎间盘细胞的培养、组织工程支架的选择、椎间盘组织的构建与植入等3方面。目前对细胞培养的常用方式主要有3种，而进行微重力三维培养，不仅符合人体的立体结构而且可以减少培养液对细胞产生的机械剪切力，克服重力沉降引起的接触限制，能够更好的促进细胞生长，对椎间盘细胞培养则是一种新的尝试；组织工程支架种类繁多，都有其自身的优缺点，尚无公认的最合适的支架材料，在此方面仍需要进一步的研究；构建完整的椎间盘组织并进行体内植入已经取得动物实验的成功，表明组织工程学培养的椎间盘细胞植入退行性变的椎间盘内的确有部分逆转椎间盘退行性变的作用。     

海藻酸钠-壳聚糖微胶囊载体在组织工程研究中的应用

背景：用壳聚糖包裹海藻酸钠制备微囊,可以改善海藻酸钠水凝胶的力学性能,如何获得理想的海藻酸钠壳聚糖微囊以及该微囊体系的应用前景是这一研究的关键。 目的：探讨海藻酸钠壳聚糖微胶囊载体的制备方法、成型机制,分析影响微胶囊膜强度性能的几个重要因素及探讨海藻酸钠-壳聚糖微胶囊在固定化细胞技术、药物载体和组织工程方面的应用前景。 方法：由第一作者采用计算机检索PubMed数据库、Elsevier ScienceDirect、中国知网库、万方数据库1987至2013年有关海藻酸钠壳聚糖微囊制备方法、反应机制及应用前景的文章。 结果与结论：海藻酸盐水凝胶在药物释放和组织工程领域具有很多优势,但是凝胶溶蚀现象和力学性能缺陷限制了它的应用,壳聚糖与海藻酸钠通过静电相互作用形成聚电解质络合物,弥补了海藻酸钠凝胶的不足。通过控制壳聚糖溶液的性质-壳聚糖的分子质量、壳聚糖溶液的pH值和浓度制备膜强度高的微囊,海藻酸钠-壳聚糖微囊在固定化技术、药物释放和组织工程领域表现出了广阔的应用前景。     

血管组织工程的研究与进展

背景:血管组织工程是指利用血管壁的正常细胞和生物可降解材料来制备、重建和再生血管替代材料的科学。近年来,组织工程学技术的发展推动了组织工程化血管的研究,已成为今后血管替代物的重要方向。目的:综述血管组织工程的相关临床及基础研究进展。方法:检索SCI数据库2001/2010有关血管组织工程的文献,检索词为"组织工程血管(tissue-engineered vascular);组织工程(tissue engineering);血管(vascular);支架材料(scaffold materials);支架(scaffolds);种子细胞(seed cell);细胞外基质(extracellular matrix,ECM);血管支架(vascular scaffold);高分子材料(polymer materials);复合材料(composite materials);纳米(nanometer);生物材料(biological materials)",对血管组织工程的临床及基础文献进行分析。结果与结论:血管组织工程研究的内容主要有种子细胞、细胞外基质替代物以及组织工程血管三维培养。血管组织工程所应用的种子细胞包括自体血管壁细胞、胚胎干细胞和骨髓间充质干细胞,还包括内皮细胞,平滑肌细胞及成纤维细胞等众多组织细胞。在组织工程血管构建中血管组织微环境是活细胞在体外生长所需的支持物,是种子细胞生长增殖的三维空间,便于细胞黏着、生长、进行新陈代谢。因此,组织工程血管需要具有良好的生物相容性,可塑性强,来源广泛,有一定的抗张强度和无免疫原性的支架材料。根据来源和性能,目前研究应用的材料分为天然生物生材料和合成材料两种。     

椎间盘组织工程支架材料的研究进展

学术背景:椎间盘组织工程是目前医学领域的研究热点之一,但是研究的成果却不多,其中一个关键问题就是支架材料这个瓶颈。目的:介绍近年来应用于椎间盘组织工程的支架材料。检索策略:以网络数据库为主,查询Pubmed,Elsiver,Springerlink,Highwire等数据库1994/2007关于椎间盘组织工程支架材料方面的文献,检索关键词为"intervertebral disk,tissue engineering,scaffold"限定文献语言种类为"English";检索CNKI,数据库2000/2007的相关文献为补充,限定文献语种种类为中文,检索关键词为"椎间盘,组织工程,支架材料";同时手工翻阅相关书籍。纳入标准:内容与应用于椎间盘组织工程的支架材料相关。排除标准:重复性研究。文献评价:共收集到58篇文献,对资料进行初审,40篇符合纳入标准,进一步查找全文,纳入其中25篇进行归纳总结。资料综合:目前常用的材料按其来源可分为人工合成材料、天然材料及复合材料3大类;按其形状又可分为凝胶状、海绵状和纤维网状3大类。详细介绍了壳聚糖、脂肪族聚酯均聚物、藻酸盐、胶原、小肠黏膜下层、纤维蛋白胶、明胶、磷酸钙等材料的优缺点及应用现状结论:目前应用于椎间盘组织工程的支架材料不少,但缺少一种理想的支架材料,研制和开发应用于椎间盘组织工程的支架材料仍是椎间盘组织工程的研究的热点和难点之一。     

静电纺丝纳米纤维组织工程支架的研究进展

背景：静电纺丝纳米纤维具有促进细胞生长的作用。目的：描述静电纺纳米支架对细胞生长的促进作用以及静电纺纳米支架孔径大小、机械强度缺陷改进的研究进展。方法：检索数据库为CNKI数字图书馆全文、PubMed数据库2001至2011年有关静电纺丝和组织工程支架的文献。检索关键词为“组织工程,静电纺丝,支架;electrospinning,tissue engineering scaffolds,nanofiber”。结果与结论：静电纺丝纳米纤维直径、孔径大小及纤维表面对细胞生长行为有重要影响,小孔径静电纺丝纳米纤维支架不利于细胞浸润生长,且用单一电纺技术制备得到的纳米纤维支架机械性能较差,如何增加静电纺丝纳米纤维支架孔径大小以提高细胞的浸润以及提高其机械性能强度,是目前应用研究应解决的问题。     

治疗性克隆在组织工程方面的研究现状

临床上许多疾病由于细胞老化或受到病损,而引起正常的生理功能发生障碍或丧失,严重威胁着人类的生命和健康,如帕金森综合征、糖尿病、皮肤烧伤等。目前治疗这些疾病的方法主要采用细胞、组织和器官移植,然而,供体来源不足和免疫排斥反应一直成为器官移植方面的有待解决的两个根本性问题。治疗性克隆是生物学界在20世纪90年代末取得的两个重大突破-体细胞克隆技术及干细胞培养技术结合后产生的医学奇迹。它的目的就是产生个性化的,在基因组成上与患者相同的胚胎干细胞(embryonicstemcell,ES),然后诱导ES分化为特定类型的可供移植的细胞或组织,来修复患者已丧失功能的组织或器官,达到完全治愈。常用的方法是:①利用体细胞核移植技术获得重构胚。②分离培养胚胎干细胞。③定向诱导分化胚胎干细胞,获得特定类型细胞。④目的细胞的分离纯化。⑤利用组织工程学的方法,把目的细胞构建成组织和器官。着重介绍治疗性克隆研究现状及最新使用方法,并对面临的问题作了概括性讨论。     

成骨细胞培养在骨组织工程和运动领域的研究进展

背景:成骨细胞在不同的培养环境、细胞因子刺激下增殖、分化及功能不同。目的:总结成骨细胞体外培养技术与成骨细胞增殖速度的研究进展。方法:检索1990/2011 PubMed数据及万方数据库有关运动、成骨细胞培养和骨组织工程等方面的文献,英文检索词为"exercise,Osteoblast raise method",中文检索词为"运动,成骨细胞,骨组织工程"。排除与研究目的无关和内容重复者。保留29篇文献做进一步分析。结果与结论:骨组织工程构建中种子细胞的选择方式、支架材料的不同形式、细胞因子、培养环境、力学因素都对成骨细胞的培养有重要影响。构建骨组织工程中成骨细胞在不同的培养环境、细胞因子刺激下会有不同的增殖能力和分化结果。成骨细胞的增殖速度与旋转壁式生物反应器提供的低剪力环境、适宜的细胞因子、细胞支架的选择密切相关。