细胞分子生物学技术(6篇)

细胞分子生物学技术篇1

“细胞工程”是人教版新课程教材《生物选修3•现代生物科技专题》的教学内容,根据操作对象的不同,可分为植物细胞工程和动物细胞工程两大领域。本部分内容是从细胞水平和分子水平了解植物细胞工程和动物细胞工程。细胞的全能性是植物细胞工程的基础,植物组织培养技术是植物细胞工程的基本技术手段,是植物体细胞杂交与单倍体育种的基础。动物细胞培养技术是核移植、细胞融合与单克隆抗体等技术手段的基础。本部分内容以必修1中的细胞学、必修2中的遗传学,以及必修3中的内环境与稳态等知识为基础,为“胚胎工程”、“生物技术的安全性和伦理问题”的后续学习打下了基础,共同构成一个相对完整的知识体系。

〖学生分析〗

高二的学生已经掌握了一定的生物学基础知识,具备了一定独立思考和判断的能力,合作性学习能力也比较强,但是个体之间仍然存在着较大的差异。

〖重、难点分析〗

1.植物组织培养是本节的重点

分析:植物组织培养重点讲述植物组织培养技术和基本原理,即离体培养的植物细胞脱分化和再分化过程,不仅在知识上对细胞结构、功能、细胞增殖、细胞分化进行深化和扩展,而且还为培育无病菌植株、制备人工种子及植物体细胞杂交等提供技术支持。同时,随着科学技术的不断进步,植物组织培养这门新技术将日益普及和深入,成为现代农业生产中的重要技术手段。

2.植物体细胞杂交是本节的难点

分析:植物体细胞杂交是在植物组织培养技术的基础上,借助动物细胞融合的方法发展起来的一门新型生物技术。这部分知识对于学生来说是全新的,因此应用表格和动物细胞融合比较学习。

3.单克隆抗体是本节的重点、难点

分析:动物细胞工程常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞融合、单克隆抗体、核移植等。其中动物细胞培养是其他技术(单抗、细胞融合、核移植等)的基础,其价值更多是通过其他技术成果来体现的。而动物细胞融合技术是目前较成熟的、其最重要的用途便是制备单克隆抗体。可见单克隆抗体应列为本节的重点内容,同时单克隆抗体技术本身环节多,技术复杂,因此也列为本节的难点所在。

〖设计理念〗

从新旧知识联系入手,进一步深入学习细胞全能性理论,并在学习过程中,渗透对学生能力和学习方法的培养;充分利用学生现有的知识,借助于多种直观教学手段,特别是多媒体课件,使学生对植物体细胞杂交和单克隆抗体由点及面的学习;智能训练,实现知识的正向迁移。

〖教学目标〗

1.知识目标

(1)细胞全能性(理解)。

(2)植物细胞工程的主要技术――植物组织培养和植物体细胞杂交(知道)。

(3)动物细胞工程的主要技术――动物细胞培养、动物细胞融合、核移植(知道)、单克隆抗体(知道)。

2.道德目标

通过向学生介绍几大动植物细胞工程技术的发展动态及一些新的研究成果,使学生明确人们对生命奥秘的揭示愈加广泛和深入,知识不断更新并向前发展。认识到学无止境,形成终生学习的意识。

3.能力方面

在教学过程中,合理利用图表、流程图等,培养学生的观察能力、思维能力以及整合、运用科学信息的能力;通过联系生产实际,培养学生活学活用,理论联系实际的能力。

〖教学手段〗

CAI教学、讨论教学、对比教学。

〖教学策略和程序〗

1.教师课前准备

图片资料,科学文摘,多媒体课件。

2.学生课前准备

上网、阅览室查找资料;复习细胞工程的相关知识。

3.教学过程(见表1)

4.作业设计

(1)完成《世纪金榜》基础梳理部分,巩固课堂上所学的知识。

(2)任何新技术的诞生,总会让人们争论不休,支持者当然可以举出无数理由,反对者也能历数此项技术的种种不足,对于“克隆动物”,你是持支持还是反对态度,并分别举出你支持或反对的理由。

〖教学反思〗

1.充分体现了新课程理念

本专题内容与学生生活联系的比较少,学生对此比较陌生,因此采用了学生先复习,教师运用多媒体演示和学生活动相结合的手段,在教学过程中,合理利用图表、流程图等,培养学生的观察能力、思维能力以及整合、运用科学信息的能力。充分调动了学生学习的积极性,激发了学生学习的兴趣和求知欲,培养了学生分析问题、解决问题的能力,进一步体现了学生学习的“主体”地位和教师的引导作用。

2.教学中存在的问题

(1)对课堂的调动不够,基础好的同学思维活跃,而基础差的同学在合作学习中参与的较少。

细胞分子生物学技术篇2

植物组织培养：在人工操作下，将植物的器官、组织或细胞从植物体上取出，在一定的容器里供给适当的营养物质，使它们得到分化、发育和生长的培养技术。用于组织培养中的植物细胞或器官称为外植体。外植体在人工培养基上恢复分裂后，形成一群形态、结构相同或相似的还未分化的细胞群称为愈伤组织，愈伤组织细胞在一定的外界因索的诱导下开始分化。最后发育成一个完整的植物体。该技术的基本原理是植物细胞的全能性。这一技术目前主要用于作物的改良和有用生理物质的生产方面。采用植物组织培养技术，用一小块植物组织在一年内就能培养出成千上万甚至几十万株小苗。这对引入优良品种或难以繁殖的名贵品种更具优越性。由相物的茎尖通常不受病毒感染，利用茎地行组织培养就可以获得无病毒植株。

试管动物(婴儿)：通过体外受精和胚胎移植技术而产生的动物或婴儿。在这一技术过程中。和卵子从动物(人)体内取出来，在人工提供的生活条件下(通常是在试管中)进行受精，并让体外受精的受精卵在试管中发育，再把发育到一定阶段的胚胎移植到“母亲”动物(人)的子宫内继续发育直到诞生。试管婴儿主要是在夫妻间进行的，其目的是解决不育问题。

克隆动物：一般是指通过无性繁殖形成动物后代。1997年，英国生物学家首次用羊的体细胞成功地克隆了一只小母羊，即多利绵羊。克隆是指无性繁殖系，具体地说，是指从一个共同的祖先，通过无性繁殖的方法产生出来的一群遗传特性相同的DNA分子、细胞或个体。克隆也可指无性繁殖的过程。

细胞分子生物学技术篇3

【中图分类号】R734.2【文献标识码】B【文章编号】1007-8517(2009)24-0100-01

肺癌是常见的恶性肿瘤之一,目前治疗是以手术、化疗、放疗为主,联合生物治疗、中医中药治疗等的综合治疗模式,但随着肿瘤分子生物学、免疫学以及分子生物学技术的发展,肺癌生物治疗不断被赋予新的内容,治疗方法逐渐扩展到基因治疗、免疫治疗以及近年来兴起的分子靶向治疗[1],为肺癌治疗开辟了更为广阔的前景。本文就肺癌生物治疗的现状及研究进展综述如下。

1肺癌生物治疗现状

生物治疗的原理是通过为肿瘤患者补充具有杀死、抑制肿瘤能力的免疫细胞和能力,调节患者自身免疫功能,达到控制和清除肿瘤细胞的目的,主要包括细胞因子技术、基因治疗技术、肿瘤疫苗技术、免疫活性细胞继承性输注技术、单克隆抗体及其耦联物技术等[2],彼此之间并没有明确的界限,它们的出现标志着肿瘤生物治疗体系的基本形成,虽然途径与方法各异,但目的都是通过最大限度的利用人体自身所具有的抗肿瘤能力来治疗恶性肿瘤。生物治疗有自己独特的优点,毒副反应较低.仅在高剂量时有低血压、发热皮疹、抗原抗体反应等,发生率较低[3],临床上治疗肺癌应用最多的为细胞因子,免疫调节剂、基因治疗和分子靶向治疗药物也已应用于临床,过继免疫细胞中淋巴活化杀伤细胞(LAK)已见报告,为今后生物治疗的发展研究提供了丰富的内容。

2肺癌生物治疗研究进展

2.1分子靶向治疗肿瘤分子靶向治疗是利用分子靶向药物特异性,以肿瘤组织或肿瘤细胞中所具有的特异性分子为靶点,阻断该靶点的生物学功能,或选择性从分子水平来逆转肿瘤细胞的恶性生物学行为,从而达到抑制肿瘤生长甚至肿瘤消退的目的[4]。其中以表皮生长因子受体(EGFR)和肿瘤血管生成作为靶点的药物占60%,以表皮生长因子受体作为靶点的治疗药物包括吉非替尼、埃罗替尼、西妥昔单抗等,以肿瘤血管生成作为靶点的治疗药物包括贝伐单抗、ZD647、内皮抑素、基质金属蛋白酶等,其它靶向治疗药物如基质金属蛋白激酶(MMPs)抑制剂、血管生成因子抑制剂、法尼基转化酶抑制剂(FTIs)、环氧化酶抑制剂、组氨酸脱乙酰化酶抑制剂等分子靶向性药物正在进行临床前或临床试验研究中[5]。

2.2细胞因子治疗常用于肺癌的细胞因子有干扰素(IFN)、白细胞介素(IL)、肿瘤坏死因子(TNF)、红细胞生成素(EPO)和集落刺激因子(CSF)等。细胞因子的应用是目前最成熟的生物治疗方法,尤其是IFN和IL,目前已经在肺癌治疗中应用非常成熟,CSF、TNF、EPO等也逐渐被广泛应用,在肿瘤的治疗中起到了重要作用。IFN是最早发现具有抗癌效应的细胞因子,早在1980年第一次用于小细胞肺癌(SCLC)的实验中就显示出了良好的前景。IL一24是近来发现的一种新白介素,利用腺病毒转染的方法发现其可以抑制肺癌细胞的增殖并可以增强肺癌细胞对放疗的敏感性。CSF及EPO的应用对于克服骨髓抑制、预防传统放化疗所产生的白细胞下降及红细胞减少无疑起到了保驾护航的作用,为提高放化疗药物的使用剂量从而达到更好的治疗效果起到了关键作用[6]。

2.3免疫治疗主要包括肿瘤疫苗、过继性免疫治疗及补充细胞因子,其中发展最快的是肿瘤疫苗。目前应用的肺癌疫苗有肿瘤细胞疫苗、胚胎抗原疫苗、病毒疫苗、癌基因产物疫苗、人工合成多肽疫苗、抗独特型疫苗和树突状细胞疫苗等,树突状细胞疫苗能形成强有力的特异性细胞免疫应答,有效地清除血源性播散的肺癌细胞,发展最为瞩目[7],Ueda等应用CEA652体外冲击致敏树突细胞,治疗CEA阳性的肺腺癌患者,发现治疗后患者病情稳定,血清中CEA水平明显降低。受到重视的还有第3代疫苗:核酸疫苗,包括DNA疫苗和RNA疫苗,DNA疫苗在体内可持续高表达相应抗原,被树突细胞摄取并致敏后,激发高效的细胞和体液免疫反应,是最有潜力的肿瘤疫苗发展方向。

2.4基因治疗

2.4.1p53基因治疗在基因治疗研究中,以腺病毒转染抑癌基因p53的表达研究较为成功。国外对重组腺病毒介导的p53基因治疗NSCLC的临床研究已基本完成,结果显示腺病毒p53注射液在NSCLC中有抗瘤活性。一项研究中,对12例气道阻塞且无法手术的肺癌患者瘤内注射重组腺病毒p53注射液106―1011pfu,28天重复一次,其中6例患者症状得到缓解。然而也有研究者将重组腺病毒p53注射液联合化疗治疗NSClC,发现两组疗效和生存期无显著差异。

2.4.2杀伤基因将具有杀伤作用的基因片段导入细胞复制的DNA序列中,从而打断细胞基因的连续性,抑制基因的过量表达和肿瘤细胞的增殖。自杀基因和凋亡基因通过引发肿瘤细胞的凋亡而起到杀伤肿瘤细胞的作用。TK基因-GCV系统是最有希望在临床上用于肿瘤基因治疗的方法之一,在肺癌基因治疗中具有显著作用。

2.4.3RNAi技术在针对肿瘤的基因治疗策略中,RNAi技术以其自身的诸多优势,在不影响正常基因功能的前提下,可以针对在细胞癌变过程中发挥重要作用的原癌基因、抑癌基因、凋亡相关基因、血管生成因子及其受体以及部分关键酶等,抑制突变基因表达或基因的过量表达。如Zhang等用HER-1siRNA抑制了肺癌细胞A549的EGFR的表达,使肺癌细胞比对照组细胞数减少了85%,EGFR蛋白表达下降了70%以上,对顺铂的敏感性增加了4倍。

3展望

作为一种新的治疗模式,生物治疗目前还存在很多问题,如各种治疗药物的有效性、安全性还有待于进一步评价,是否有必要采用特异性检测手段筛选分子靶向药物的适应人群来实现个体化用药,及建立这类药物与手术、放化疗之间的最佳联合方案还需不断摸索。但我们深信在不久的将来,随着对肿瘤生物学特性和行为了解的不断加深、分子药物研究的不断发展,将会出现一批新型的低毒、高效靶向治疗药物,为肺癌乃至其他所有肿瘤患者带来福音。

参考文献

[1]马玉英.肺癌的生物治疗研究与进展[J].中国医学研究与临床,2008,6(6):35.

[2]罗荣城,左强.肺癌生物治疗与生物化疗研究进展[J].癌症进展杂志,2006,4(6):492-496.

[3]廖羡琳.肺癌生物治疗临床进展[J].实用肿瘤杂志,2001,16(4):221.

[4]朱小花,田应选.肺癌生物分子靶向治疗研究进展[J].实用医技杂志,2006,13(16):2931.

细胞分子生物学技术篇4

我的名字是李其悟，是个医术高超的医生，凭着多年的不懈努力和打拼。我终于过上小时候对我呕心沥血的母亲所说的好日子，有一个极大规模的私人医院，世界各地都有分店。尽管我物质上的不缺，但我的精神感到是那样空虚，回到偌大的宫殿式房子，却是只有五百年前也不是一家的众多保姆和各公司的老板来谈生意，没有小时土屋里的一家的热热闹闹,齐乐融融的场面。我感到的是无尽的虚伪和甜言蜜语，我不禁在丝绸枕头上流下悔恨的泪。

我产生了一个奇妙的想法：我要做出自己的兄弟陪我。

这让我想到克隆技术：克隆是英文Clone一词的单译，意为无性繁殖系，即通过无性繁殖（如细胞丝分裂）可连续传代并形成的群体，常用于细胞水平的描述。克隆技术（Cloning）则指由众多的基因或细胞群体中通过无性繁殖和选择获得目的基因或细胞的技术操作。如基因克隆是指某种目的基因的分离过程，通常是将生物材料的遗传物质如DNA以酶切成片断，插入到载体中，通过无性繁殖（细菌或细胞的倍增）使其扩增，然后再以某种探针选择、钓取目的基因。细胞克隆技术在制备单克隆抗体的B淋巴细胞杂交瘤技术中运用的最为充分，永生性骨髓瘤细胞与某种抗体生成细胞融合后，接种于多孔板或软琼脂上，生成的细胞集落性状各不相同，采用特定的标记抗原即可筛选到产生目的抗体的杂交瘤细胞系。上述基因克隆技术及细胞克隆技术是现代生物技术的关键技术，也是现代肿瘤生物治疗中的重要技术。

我虽知道没有人试过，而且这是犯法的，但是我是个执着的人，不达目的是不退缩的。

克隆羊的克隆技术：

细胞分子生物学技术篇5

关键词动物细胞工程教学兴趣教学

中图分类号：G424文献标识码：A

InterestingTeachingofAnimalCellEngineering

XUYipeng

（ZhejiangBiometricQuarantineandInspectionandTechnologyLaboratory，

CollegeofLifeSciences，ChinaJiliangUniversity，Hangzhou，Zhejiang310018）

AbstractBasedonthedevelopmentofmoderncellbiologyandtechnologyofanemergingdiscipline，animalcellengineeringisacoursethatcloselyintegratetheoryandpracticeandthatplaysanimportantroleinthecurriculumoflifesciencesininstitutionsofhigherlearning.Thisarticlediscusseshowtoimprovethestudents'interestintheanimalcellengineeringcourse，inordertoprovideareferencefortheteachingreformoftheanimalcellengineeringcourse.

Keywordsanimalcellengineering；teaching；interestingteaching

细胞工程是指按照一定的设计方案，通过在细胞、亚细胞或组织水平上进行实验操作，获得具有目的性状的细胞、组织、器官或者个体的综合性生物工程，是理论与实践相结合的典范，在现代生命科学的研究中，细胞工程是生物技术应用于产业一个技术公用平台，代表着现代生物工程最新的发展前沿，在医药、食品、农林等各领域发挥着越来越重要的作用，在高校生命学科及相关学科的课程设置中占有重要地位。动物细胞工程是细胞工程的重要组成部分，主要内容包括：细胞培养、细胞融合与单克隆抗体、胚胎工程、干细胞与组织工程、核移植技术与动物克隆、转基因动物与动物生物反应器和动物染色体工程等。通过学习动物细胞工程这门课程可以为学生今后从事与细胞工程有关的生物技术产业工作奠定良好的理论和技术基础。通过近两年的教学实践和改革，笔者就如何应用兴趣教学法提高学生学习效率和教学质量进行探讨。

1合理定位课程，让学生充分认识到本课程的重要性

我校动物细胞工程这门课程是在第6个学期开设，学生已经完成对生物学导论、动物生物学、分子生物学、细胞生物学等必修课程的学习，这非常有利于学生对动物细胞工程课程中一些知识进行认知结构的迁移。而动物细胞工程在本校既然是选修课程，其教学目的也必然有别于必修课程。因此，教学目的的侧重点不再是让学生掌握一般的概念和原理，而是更多地让学生领悟和学会如何利用所学知识进行创造，让学生充分认识到动物细胞工程并非一门理论性学习为主的课程，而是一门理论和实践结合非常强的课程，是一门学好可以走向工作岗位的课程。笔者认为，在教授此课程时，需紧紧围绕细胞水平的技术创新和技术应用为中心，联系现代生物技术产业，使学生了解动物细胞工程各主要技术领域的原理和方法及其应用。

2上好第一节课，吸引学生眼球

上好第一节课，也就为本课程的整个教学过程定下了基调。第一节课的内容无非是绪论部分，大多老师可能会对本课程的发展、地位等娓娓道来，但是却不能引起学生的兴趣，笔者尝试提问式教学代替讲述式教学收到了良好的效果。比如在讲述动物细胞工程的研究领域时，笔者就在教学PPT中列出“多莉”羊、“人耳鼠”、“试管婴儿”、发光猫等图片尝试让学生对位入座，以激起学生的兴趣。

3紧跟时代步伐，更新教学内容

目前细胞工程相关的教材有安利国版《细胞工程》（科学出版社）、杨吉成版《细胞工程》（化学工业出版社）、李志勇版《细胞工程》（高等教育出版社）、庞俊兰版《细胞工程》、叙永华版《动物细胞工程》等，笔者所用的参考教材是安利国版《细胞工程》。虽然相关教材众多，但生物技术发展日新月异，教材的更新速度根本无法赶上，因此，必须及时查阅相关文献或信息，传授学生最新的知识。比如讲解胚胎工程可引入人类早期胚胎的成功培养；讲到转基因动物可引入中南大学的“供体猪”；讲到干细胞可以引入“人工肾”等。

4以社会问题或社会需求为切入点传授理论知识

单纯理论的讲课效果，或者先理论讲解再到实际应用讲解的效果其实并不如从实际需求到理论讲解的效果好，因此笔者在讲解每个章节时尽量先引入社会问题或社会需求再来讲解理论知识，这样一来，学生课上的专注度明显提高，收到的讲课效果也非常好！比如在讲解细胞融合与单克隆抗体这章时，笔者就抛出杭州下沙企业期望与浙江高校合作解决的一些项目，其中就有不少抗体制备技术，这即刻引起学生的关注；比如在讲解干细胞这章节时，引入“儿子严重烧伤父亲拒用麻药割皮救子”的新闻事件，让学生重视干细胞研究的重要性；在讲解胚胎工程时，引入广州“代孕事件”。

5合理利用多媒体技术

动物细胞工程是一门综合性很高的课程，传统的“粉笔+板书（或PPT）”的方式已经难以满足新形势下对这门课程教学的要求。现代教育技术在高等院校中已得到普及应用，通过多媒体技术，我们可以给学生展示除课本外更多的图片和视频信息，甚至可以直接在上课时在网上搜索相关信息给学生看。这些多媒体技术的应用在提高学生学习兴趣的同时，可以发散学生思维，不但可以补充书本内容，也可以提高学生对书本内容的学习效果。比如在讲解实验室的安全性时，可引入电影《生化危机》片段；在讲解细胞融合时，可引入《杂交》这部电影；在讲解胚胎工程时，可辅以3D动画演示婴儿从受孕到诞生全过程；讲干细胞可引入“八戒的肝救活孙猴子”的新闻。每次课讲授时适当适量适时地引入一些多媒体图片、视频或动画信息，可以在上课之初即刻吊起学生对即将要学的知识的胃口，也可以在课中学生注意力不集中时再次把他们的注意力拉回来，多媒体图片或视频可以说是调动学生学习兴趣的一把利剑。但是这把利剑不能过度应用，否则就主次不分，学生把握不住重点，效果就会适得其反。

6在讨论中实践实验

笔者所授的动物细胞工程有8个学时实验，实验内容为细胞培养的基本过程，基本为验证性实验，但这并不妨碍学生对知识的学习，这主要在于讨论式学习的引入。实验课之前，笔者在课堂上放映培养基过滤操作视频、细胞原代培养操作视频、小鼠心肌细胞培养操作视频等，让学生思考视频中实验人员的操作规范问题，让学生知道实验操作中的注意事项及其对实验结果的影响。在实验课中，引导学生对比实验前后结果，得出自己的结论，比如在做细胞培养基过滤实验时，教学生用倒置显微镜观察未过滤培养基的受污染情况，判断污染微生物的类型，从而让他们知道正确过滤的重要性以及如何处理受污染的培养基。

细胞分子生物学技术篇6

1基本原则

“组织工程”一词已经出现了二十多年，组织工程学是综合应用工程学和生命科学的基本原理、基本理论、基本技术和基本方法，在体外预先构建一个有生物活性的假体，然后置入体内，修复组织缺损，替代组织、器官的部分或全部功能，或作为一种体外成分，暂时替代器官部分功能，达到提高生活质量，延长生命活动的目的[3]。尽管随着生命科学的进步，组织工程得到了巨大进步，但Langer和Vacanti于1993年提出的组织工程中的三个基本方法至今仍具有现实意义[4]。

实施组织工程的主要过程包括：①通过组织活检获得种子细胞，并采用体外分离、培养、纯化、扩增和传代的方法，得到足够数量的细胞；②将种子细胞接种到一种生物相容性良好的支架上，形成细胞支架复合物；③将复合物置入人体，使支架材料逐渐被机体降解吸收，而种子细胞增殖分化取代原有的组织器官。由此可见，足量种子细胞的获取、支架材料的选择及参与细胞增殖分化的诱导和调控的细胞因子的应用，便成为组织工程的三大主要环节。

1.1种子细胞的获取：包括鉴别和分离出选定的具有增殖和修复、再生功能的细胞群。并采用体外分离、培养、纯化、扩增和传代的方法，得到足够数量的细胞。组织工程使用的细胞多为干细胞，即具有全能性、可自我更新的细胞。目前，在人一生的各个阶段和几乎所有的成年组织都已经发现了干细胞的存在[5]。研究比较多的干细胞包括：

1.1.1胚胎干细胞：是一些来源于囊胚内细胞团的细胞，具有最大潜能，可分化为三个胚层[6]。但对它的应用，却因伦理道德、移植后的免疫原性等方面的问题而受到限制。

1.1.2间充质干细胞：是可以分化成中胚层的多能祖细胞。可最终分化形成脂肪、骨、软骨、肌肉和血管等组织[7]。组织重建时的祖细胞也大多来自这些组织中。

1.1.3造血干细胞：可以分化产生血液系统中的各种细胞及参与血管形成的内皮祖细胞。

1.1.4组织特异性干细胞：也已在皮肤、肌肉、心脏、脑等处发现。最近，研究人员已经利用基因诱导技术将成年人的细胞诱导成具有类似干细胞功能的多能细胞。而且对于这些“去分化”细胞的使用，不涉及伦理道德问题的限制。不过，这项新技术还需要更进一步的研究才能应用于临床[8]。

1.2细胞增殖分化的诱导和调控:干细胞的诱导分化需要在特定的化学环境和外界环境中才能实现，目前，对于分离细胞的生物化学环境控制的研究已经有了很大进展，调节细胞行为的许多生长因子和合成小分子的浓度、空间结构和时间相关性等都已经确定。纳米粒子传递和控释微球作为通过病毒性和非病毒载体的药物运输系统,和基因转移已被用于概括组织形态发生发展的环境[9]。

1.3支架材料:支架材料在组织工程研究中起着中心作用，随着材料编织技术、生物力学技术、三维打印技术、影像学技术、计算机模拟技术以及生物反应器技术等各种现代技术的应用，它不仅为特定的细胞提供结构支撑，而且还起到模板作用，引导组织再生和控制组织结构[10]。作为组织工程支架材料，必须具有三维多孔性及足够的孔隙率，以便给种子细胞的种植和初始分裂提供足够的空间。除此之外，组织工程的支架材料需要给组织发生提供一个细胞外环境，如：良好的生物相容性、降解速率的可调控性和良好的可塑性等。目前的支架材料主要有天然的支架材料、人工合成的支架材料以及复合材料。不过，由于天然替代品有限，合成生物材料越来越多地被用于高分子可降解支架的制造[11]。

组织工程中的这三个元素也可以说是一种“种子和土壤”的关系，它包括了机械力、支架结构、细胞因子、氧张力等非细胞因素（即土壤）对干细胞、间质细胞和内皮细胞这些“种子”的影响。在组织、器官的生成过程中能够充分培养一个再生的环境时需要良好的种子细胞和周围环境。

2特定的组织工程

目前,国际上把组织工程产品大致分为四类：细胞类(如干细胞、治疗性克隆、微囊化细胞治疗)、代谢类(如生物人工肝、生物人工肾、生物人工胰腺)、结构类(如皮肤、心血管、骨骼肌)，以及其他类型。比较成熟的产品有组织工程皮肤，并在临床获得应用和组织工程软骨。

2.1皮肤:传统的组织工程皮肤的制作方法是将角质形成细胞和/或成纤维细胞在天然或合成真皮支架上接种[4]。尽管根据这种方法已经制作出几种商业化的组织工程皮肤，但他们的长期临床效果一直因为没有自身的祖细胞而欠佳。在毛囊、滤泡间细胞区域以及皮脂腺等处已发现存在许多皮肤干细胞，人们也已经认识到这些细胞对皮肤稳态的作用。基因治疗也展示出对各种遗传性皮肤病治疗的可能，同时还可增加皮肤的再生能力[12]。近些年，已经利用人的脂肪干细胞生产出含有表皮、真皮、皮下组织的皮肤，并诱导出多能干细胞[13]。该研究说明，皮肤细胞组织可以分化成为各种组织类型。尽管取得了这些可喜的研究成果，但再生出具有完整功能的皮肤仍有很长的路要走。角质形成细胞和成纤维细胞之间的复杂旁分泌关系刚刚被人们认识，他们和许多其他皮肤的物质通过产生如机械感觉、体温调节及色素生成等重要功能来维持皮肤的稳态[14]。同时，细胞外基质是如何通过复杂的机制调节皮肤细胞的活性而产生可替代的皮肤，还需要进一步研究。随着日益多样化的细胞群和生化信号研究，未来的组织工程皮肤很可能继续采用在基质上种植种子的方法。虽然，在关于皮肤的物理功能方面研究取得了很多进展，但如何使皮肤产生众多功能特性仍是组织工程学中令人感兴趣的问题。

2.2脂肪：目前用于软组织重建的方法是自体组织移植和人造埋植剂，但是却受到组织吸收、埋植剂破裂或挛缩等多种问题的限制[15]。然而，组织工程脂肪通过在具有生物相容性的支架上接种脂肪祖细胞解决了这些问题。由于成熟的脂肪细胞增殖能力有限，最常用的细胞为前脂肪细胞和来自供体的脂肪组织和骨髓中的间充质干细胞。脂肪抽吸术和皮下脂肪切取术均可获取足够量的脂肪颗粒悬液或脂肪组织。因其含有大量的脂肪干细胞而在未来有较好前景。

除了移植后不易建立血运，这一组织工程共同难题外，组织工程脂肪还面临着外形和体积不稳定的困难[16]。这方面接种干细胞的支架显示出良好的优势，研究发现植入脂肪后可使其维持原形状达4周[17]。将脂肪来源的干细胞添加到抽出的脂肪后再进行脂肪移植，可以提高在大鼠模型上的组织存活率和血液供应形成率，最近此技术用来以较少的剂量增加人类乳腺癌组织[18]。未来临床应用的成功，将取决于精炼干细胞的获取、分离技术和诱发脂肪的生物材料持久性的研究进展。而且，由于脂肪干细胞的含量多、来源广、多能的特点，预计将有越来越多的脂肪干细胞用来重建和形成其他间叶组织，如骨骼、肌肉、软骨等。此外，它易建立血运，可塑性强，使其在未来广泛地用于构建更为复杂的多组织结构成为可能。

2.3骨骼肌：除了普遍存在的细胞-基质的作用机制之外，组织工程肌肉还面临着复杂的微电子机械系统和机械网状结构的挑战。直接注射供体的成肌细胞由于受多种限制而不能成功，最新的进展是将成肌细胞或肌干细胞接种到组织工程支架上，在支架上采用机械刺激和电刺激提高他们分化为肌细胞的潜能[19]，增加骨骼肌功能的复杂性。为了增加组织工程肌肉中血管形成，研究人员在体外使用成肌细胞、胚胎成纤维细胞、内皮细胞的多元化体系，使组织工程肌肉提前形成血管。然后将这种骨骼肌结构植入免疫缺陷的老鼠体内，其整合、存活和血运建立的结果均优于不含这三种细胞的对照组[20]。这也同样说明，成肌细胞附着于支架上后在体内分化成为骨骼肌的效果优于直接将其注入体内。

2.4软骨:软骨是一种缺乏血供并且有与生俱来的自我修复机制的特殊组织。成熟的软骨细胞在体外增殖能力和表型可变性都受到限制，因此目前的软骨组织工程战略侧重于利用间充质干细胞和软骨祖细胞[21]。这两种细胞均可使成纤维细胞脱分化，通过基因增强软骨再生能力的实验已处于临床前阶段[22]。在体外利用接种多种种子细胞的支架已开发出仿生软骨结构，植入到免疫抑制的小鼠体内后发现形成新软骨[23]。目前，第一个生物工程软骨已经用于治疗4例小耳畸形患者，从耳残余部获取软骨细胞，在体外培养、传代后植入下腹部，使其扩大、生长成熟。形成的软骨组织在6个月后取出雕塑成耳的形状，在术后2～5年随访过程中未出现组织吸收的现象[24]。

2.5骨：尽管在组织工程骨的探索道路上有了很多尝试，但是如何组合出最合适的种子细胞、支架材料和诱导信号以形成最好的组织工程骨还没有解决。尽管许多细胞都表现出成骨潜能，如成骨细胞、间充质干细胞、脂肪干细胞、胚胎干细胞、骨骼细胞，但最有效的细胞类型仍然未知。最近，在一项关于成年和胎儿干细胞成骨能力对比的研究显示，两者在急性股骨损伤的裸鼠模型上成骨能力无明显差异。另一组在体外的模型实验中证明，成骨细胞植于支架之前可以被分化前期的间充质干细胞增强其分化作用[25]。此外，他们还报道了生物反应器系统的改良成果，强调了在促进骨形成时环境信号作用的重要性。

2001年，第1例自体骨髓来源的间充质干细胞用于修复大的骨缺陷之后，另一个小组报道了使用含骨质块、骨形态发生蛋白7（BMP-7）和自体骨髓细胞的钛支架采用二期手术方式修复了一个下颌骨缺损的病例[26]。将设计好的支架首先置入患者的背阔肌(来当做原位诱导成骨生物反应器）7周以后利用自由皮瓣来修补颌骨缺损。然而，大规模临床研究前，还需要继续调查确定最合适的细胞、支架、生物工程和分子信号的组合来获得最佳的生物工程骨。

2.6血管：血管移植在重建手术中经常被用到，用于重建的血管主要有以下几种：①自体同源移植，这类材料经常因为供体不健康导致的病态而不可用，且费用昂贵；②人工材料移植，这类材料容易形成栓塞，生长潜力和耐久性都比较差。基于干细胞的应用已经被用在血管构造上，包括使用胚胎干细胞构造小口径血管（直径＜6mm）以及使用原始内皮细胞、间充质干细胞来依次构造内皮层和肌纤维层[27]。基于细胞层的血管设计实现了完全自体同源的三层式血管的构造，第1例生物工程血管用于构建1例4岁女孩肺动脉的临床试验中[28]。血管生物反应器很好地调控了血管生成中关键的机械信号和生理信号，同时在“连接动静脉的腔室循环模型”的体外生物反应器中产生了血管化。另外，对于小口径人造血管远期通畅率不高的问题，我们科室正在尝试用脂肪干细胞和血管内皮细胞在血流冲击下制作小口径血管来解决这个问题。

2.7周围神经:治疗神经缺陷的替换选择有自体同源移植（受限于供源稀少、供体不健康，易发神经瘤和供受体不匹配），异源移植（受限于免疫排异反应）以及非细胞材料移植（受限于再生延迟）。组织工程技术战略有希望将原始神经细胞、生长因子和其他生物材料合成，产生一种可行的替代品[29]。遍布全身的神经细胞表现出良好的可塑性，而且使用Schwann细胞和间充质干细胞的治疗方法已经在体外和动物试验中取得了成功[30]。基因治疗已经表现出较大成功的可能，通过促进神经因子的过表达，加强神经再生的方法，但是在功能恢复的持久改善和病毒介导载体的基因传递的长期结果还是未知的[31]。与其他复杂组织一样，神经缺损的修复也需要结构和生化的信号精确协调，才能使神经的生长最终恢复功能。

3展望

一直以来，组织工程的组织和器官在整形外科领域发挥着不可或缺的角色。尽管在组织工程领域取得了很多进展，但应用于临床仍然有很多困难。许多涉及材料学、生物学、医学、生物力学的基本问题及基本现象还没有搞清楚，例如：细胞在工程化基质中如何实现功能、干细胞来源的产业化、生物力学在组织构建过程中的具体作用及机理、细胞外基质化可降解的支架材料等。另外，大器官的重建也仍旧受到血供有限的限制。这些问题都值得整形外科的工作者去思考和探究。

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