外科學總論文檔

外科學總論文檔第1頁/共90頁2再生（regeneration）有生理性和病理性兩種。生理性再生是指在生理過程中，一些細胞、組織不斷老化、消耗、由新生的同種細胞不斷補充，始終保持原有的結構和功能，如消化道上皮約1～2天就更新一次，嗜中性粒細胞只存活1～2天，子宮內膜周期性脫落，表皮角化細胞不斷脫落，基底層細胞不斷增生等；病理性再生是指病理狀態(tài)下細胞、組織缺損后發(fā)生的再生。再生醫(yī)學研究的對象是病理性再生。第2頁/共90頁3再生醫(yī)學（regenerativemedicine，RM）原先指體內組織再生的理論、技術和外科操作；現(xiàn)在，它的內涵已不斷擴大，包括：組織工程細胞和細胞因子治療基因治療第3頁/共90頁4組織工程第4頁/共90頁5組織工程最初是用來描述組織體外構建的有關理論和技術；現(xiàn)在，它的內涵也在不斷擴大，凡是能引導組織再生的各種方法和技術均被列入到組織工程范疇內，如干細胞治療、細胞因子和基因治療，并已廣泛用于體內組織再生和體外的組織重建。第5頁/共90頁6國際再生醫(yī)學基金會（InternationalFoundationRegenerativeMedicine，IFRM）明確把組織工程定為再生醫(yī)學的分支學科（sub-discipline）但很多情況下，兩者常混用。第6頁/共90頁7再生醫(yī)學有很悠久的歷史，組織工程學的出現(xiàn)，使得再生醫(yī)學進入了一個新時代。組織工程被認為是繼細胞生物學和分子生物學之后，生命科學發(fā)展史上又一新的里程碑，也是一場意義深遠的醫(yī)學革命。第7頁/共90頁8

第一位提出“組織工程學”這一術語的是美藉華裔學者馮元禎（Y.C.Feng）教授。1987年美國國家科學基金會根據(jù)馮教授的建議，正式采用“組織工程學”這一術語來描述這一新興的領域，并正式建立了這門新學科。第8頁/共90頁9第9頁/共90頁10從外科學的發(fā)展歷程來看，先后經(jīng)歷了三個“R”階段，即切除（Resection）、修補（Repair）和替代（Replacement）。組織工程學的出現(xiàn)，意味著外科學已進入“再生醫(yī)學”（RegenerativeMedicine）的新階段，是第4個“R”。第10頁/共90頁11切除Resection修補Repair替代Replacement再生Regeneration

第11頁/共90頁1220多年來組織工程經(jīng)歷了兩個階段：前10年主要是證實利用細胞和生物材料構建組織的可行性；后10多年（20世紀90年代初至今），在研究內容、手段、臨床試用等方面都有很大的發(fā)展，主要進展如下。第12頁/共90頁13構建組織不再局限于以裸鼠為代表的免疫缺陷型動物模型，而是更多采用與人體結構相近的具有免疫功能的大型哺乳動物模型。目前，組織工程化骨、軟骨、皮膚、肌腱等組織已在豬、羊和犬等大型動物中成功構建，并修復了相應的組織缺陷。【動物模型】第13頁/共90頁14不再局限于細胞生物學和動物實驗技術，新技術如分子生物學技術、基因克隆技術、轉基因技術、移植免疫學技術、干細胞技術、遺傳工程技術、生物材料合成與改良技術、生物材料的編織技術、生物力學技術、三維打印技術、影像學技術和生物反應器技術等均用于組織工程研究，從而提高了研究水平，加快了研究速度?！狙芯渴侄巍康?4頁/共90頁15種子細胞在體外培養(yǎng)擴增，但隨著培養(yǎng)時間的延長，許多細胞會失去重要的表型特征。細胞生物學的發(fā)展使得培養(yǎng)條件能有利于細胞增殖，同時保留其表型特點，或是在擴增后恢復其已失去表型的基因表達。【種子細胞表型特征的保存】第15頁/共90頁16已由同一種組織構建的種子細胞擴展至其他組織的細胞。例如構建骨組織的種子細胞可用骨髓間充質干細胞來代替成骨細胞；構建肌腱組織可用皮膚成纖維細胞來代替肌腱細胞。隨著免疫學的發(fā)展，今后有可能創(chuàng)造出通用型種子細胞。【種子細胞來源】第16頁/共90頁17對支架材料的要求應有微孔結構，所需的孔徑、孔隙率及微孔分布與走向應隨組織不同而變化。支架材料的化學組成對細胞的附著和浸入的細胞表型表達會產(chǎn)生影響?！局Ъ懿牧稀康?7頁/共90頁18

支架材料在體內組織再生過程中有以下作用在結構上加強缺損部位的強度；阻止周圍組織長入；作為體外接種的細胞在體內擴增和增殖的支架；利用與細胞整合素以及受體的相互作用，作為一種可溶的細胞功能調節(jié)因子；作為細胞、生長因子和基因的生物載體。第18頁/共90頁19在支架材料的選擇上，不僅用傳統(tǒng)的單純高分子可降解聚合物，而且也發(fā)展到用純天然的脫細胞基質材料，或采用多孔可吸收的高分子人工合成材料與天然細胞外基質分子復合的新型材料，如合成的多聚物和鈣磷材料，后者有可能成為未來組織工程的主導材料。第19頁/共90頁20在體外，通過模擬體內環(huán)境可以構建出多種不同的組織化工程組織，如皮膚、軟骨組織等。其中，灌注型生物反應器（利用動物體表達外源性基因）的應用起到關鍵作用。【體外構建組織】第20頁/共90頁2120世紀90年代，美國FDA已批準組織工程皮膚及自體軟骨細胞移植修復關節(jié)軟骨部分缺損用于臨床，并已產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。另有一些產(chǎn)品進入臨床試用或臨床前研究階段，預計2010年前會有更多的產(chǎn)品上市?！九R床應用】第21頁/共90頁22我國的組織工程研究第22頁/共90頁23我國的組織工程得到了國家有關部門的大力支持。20世紀90年代已有不少單位開展了組織工程的研究。1999年把“組織工程的基本科學問題”列入國家重點基礎研究發(fā)展規(guī)劃（“973”）項目，首席科學家為曹誼林教授。第23頁/共90頁24先后出版了《組織工程：基礎與臨床》（楊志明主編，四川科技出版社，2000年，51萬字）；《組織工程》（楊志明主編，化學工業(yè)出版社，2002年，56.3萬字）；《組織工程學：理論與實踐》（曹誼林主編，上海科技出版社，2004年，57萬字）等專著，舉辦了多次專業(yè)會議，學術氣氛十分活躍。第24頁/共90頁25國外仍主要集中在體外的研究，而我國可用大動物模型構建各種組織工程化組織，這方面的研究水平處于國際領先地位。第25頁/共90頁26在臨床應用方面，國內成都華西醫(yī)院楊志明教授領導的組織工程實驗室運用組織工程已成功修復重建骨缺損、肌腱、韌帶，治療肌病，大多取得了不同程度的滿意效果。第26頁/共90頁27一項863課題：“組織工程皮膚”近期已通過國家食品藥品監(jiān)督管理局（SFDA）規(guī)定的臨床試驗，現(xiàn)已完成160例皮膚移植的實驗，全部獲得成功，其產(chǎn)品質量已達國際先進水平，與美國Organogenesis公司產(chǎn)品比，成本更低（1/6），保存時間更長（美國：1周；中國：3個月），治愈能力更強。第27頁/共90頁28組織工程需要研究的科學問題第28頁/共90頁29自體細胞研究自體細胞簡易培養(yǎng)、擴增技術，使其能在短時間內獲得足夠數(shù)量和功能很強的種子細胞，并能降低成本，則臨床應用價值會更大。種子細胞第29頁/共90頁30同種異體細胞經(jīng)基因改造，建立無瘤傾向的標準細胞系才能進行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。要保證臨床應用的安全性，其致瘤性、遺傳物質的改變等應做出長期評價。第30頁/共90頁31胚胎干細胞（ESC）要研究形成組織的微環(huán)境及條件；定向分化功能細胞的條件及調控；形成組織的功能狀態(tài)及最后結局；應用后的社會倫理等。異種細胞目前研究較多的是豬，必須解決排斥反應問題。第31頁/共90頁32快速擴增細胞的形態(tài)、功能檢測要確認經(jīng)快速擴增后仍能保持原代細胞的形態(tài)和功能時才能用于構建組織工程產(chǎn)品。細胞培養(yǎng)技術第32頁/共90頁33支架材料理想的支架材料應具備以下特點：生物相容性好；可降解，其降解產(chǎn)物對人體無害；有一定力學強度；可塑形；材料降解速度與細胞的功能發(fā)揮盡可能相匹配；材料本身具有引導或誘導組織再生的能力。第33頁/共90頁34目前所有支架均不完全具備上述要求，因此不僅要研究單一成分材料，更要研究復合材料及生物衍生材料。經(jīng)去脂，去細胞、去抗原處理后，可能成為較好的細胞外基質用于臨床。第34頁/共90頁35檢測及評價美國FDA批準用于臨床的組織工程皮膚已有檢測方法及評定標準。因不同組織采用的種子細胞和支架材料不同，檢測方法及評定標準也不同。我國應制定自己的標準，作為今后制定國際標準的基礎。第35頁/共90頁36干細胞研究第36頁/共90頁37我國有關干細胞的研究也十分活躍，國家科技部于2001年批準19項“973”項目，其中有兩項為干細胞研究，一項是“胚胎生殖嵴干細胞的分化與組織干細胞的可塑性研究”，首席科學家為北大干細胞中心李凌松教授；另一項是“干細胞的基礎研究與臨床應用”，首席科學家為上海第二醫(yī)科大學的盛惠珍教授。在同一年度、同一領域批準兩項“973”項目，以往從未有過。第37頁/共90頁38近期，國內又出版了許多專著（如2003年科學出版社出版的《干細胞生物學》，裴雪濤主編，71.2萬字），召開過多次學術會議，并已在血液病等疾病治療上發(fā)揮了重要作用。第38頁/共90頁39干細胞在生命科學的基礎研究與臨床應用中起著越來越重要的作用，干細胞在細胞治療、組織器官修復、發(fā)育生物學、藥物學等領域有著廣闊的應用前景。第39頁/共90頁40作為細胞治療與組織器官替代治療的種子細胞

如骨髓間充質干細胞在體內外能分化為肌肉細胞和神經(jīng)細胞（？），為治療肌萎縮、腦萎縮、帕金森病等退行性疾病帶來希望。第40頁/共90頁41探討胚胎發(fā)育的調控機制

生命最大的奧秘就是探討一個受精卵如何發(fā)育成復雜的生命體，受精卵進入子宮后無法接近，因而人胚胎干細胞系的建立將有助于了解胚胎發(fā)育工程中不同時空的分化細胞間基因表達的差異，以及胚胎發(fā)育與分化的分子機制。第41頁/共90頁42作為疾病基因治療的載體

骨髓間充質干細胞易于外源性基因的導入和表達，可作為一種理想的基因治療靶細胞。第42頁/共90頁43利用胚胎干細胞體外整合外源性基因，研究基因功能；利用胚胎干細胞與基因定位整合技術，可將一些在發(fā)育過程中特定的基因敲除，進行基因缺乏的研究。第43頁/共90頁44藥物篩選平臺的建立、藥理研究與新藥開發(fā)

干細胞經(jīng)體外誘導，可用于藥物篩選、鑒定，并有助于人類疾病細胞模型的建立及新藥開發(fā)。第44頁/共90頁45QUESTIONS?干細胞研究中未解決的科學問題第45頁/共90頁46維持胚胎干細胞未分化狀態(tài)的機制；干細胞定向誘導分化的調控機制；獲得大量和高濃度的分化細胞，為組織工程提供種子細胞；是否具有形成復雜器官的能力；第46頁/共90頁47用干細胞作替代治療的移植排斥問題；臨床應用的安全性；“歸巢”（homing，游離干細胞定向遷移過程）的調控機制；相關的倫理和社會學問題；成體干細胞可塑性機制；干細胞治療前景。第47頁/共90頁48上世紀90年代后期，Nature，Science等雜志報道，臟器中特異性的祖細胞（progenitor）和干細胞可發(fā)生跨系和跨胚層的轉分化或橫向分化（transdifferentiation），成體干細胞的可塑性第48頁/共90頁49間胚層組織類型干細胞轉分化為同胚層另一組織類型細胞間胚層組織類型干細胞轉分化為內胚層組織類型細胞間胚層組織類型干細胞轉分化為外胚層組織類型細胞由此認為，成體干細胞有較大的可塑性。血細胞肌細胞血細胞肝細胞血細胞腦細胞第49頁/共90頁50研究還表明，骨髓來源的干細胞在特定環(huán)境中可向肝臟、胰腺、肌肉及神經(jīng)細胞分化；肌肉、神經(jīng)干細胞也可向造血細胞分化。第50頁/共90頁51造血干細胞（hematopoieticstemcell,HSC）既可分化為成熟的造血細胞，也可分化為成熟的皮膚表皮細胞、肺和胃腸道細胞。

——Krause.Cell.2001,105:369-377第51頁/共90頁52但是，不少學者對干細胞跨系、跨胚層的分化提出了質疑，甚至完全否定。Orkin將成體干細胞轉分化實驗稱之為“干細胞煉金術”（stemcellalchemy），認為我們所面臨的許多生物現(xiàn)象尚難以解釋，更多的是“像是”而非真實（moreapparentthanreal）。——OrkinSH.Nat.Med.2000,6:1212-1213第52頁/共90頁53①“跨胚層干細胞”是否就是典型的組織特異的干細胞？②這些細胞的發(fā)育分化潛能是否接近于胚胎干細胞的一些亞群的干細胞？③成體干細胞在體外培養(yǎng)過程中因環(huán)境因素的改變可能會表現(xiàn)出一定的可塑性，但在體內是否也能同樣的特性？問題：——Chaudry.BioTeach.第53頁/共90頁54推斷：可能有一些較為原始的、有多種分化潛能的干細胞存留于許多組織中，與更具有組織特性的干細胞并存，而這些細胞正是成體組織內嚴格譜系干細胞的基礎，或是在發(fā)育過程中移至此處的一種有多種分化潛能和完全“獨立歷史”的細胞。

——WeissmanIL.Stemcell.2000,100:157-168

第54頁/共90頁55有人明確否定轉分化的存在，認為這是一種“離奇”的推論或結論，是缺乏實踐證明的虛幻空想。

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唐佩弦第55頁/共90頁56證實或推斷：在成體組織中仍然殘留胚胎發(fā)育過程中各胚層定向和組織定向的各類干細胞。在胚胎發(fā)育的各個階段，有少部分干細胞中止參與胚胎發(fā)育，并轉入G0期。這些細胞既不增殖又不分化，仍然保持干細胞的基本特性。證實或推斷：第56頁/共90頁57G2-0G2SG1G0M23終末細胞前中后末細胞周期示意圖第57頁/共90頁58出生后隨年齡的增長，體內組織中保留的各類成體干細胞基本特征不變。但是，在體外一定細胞因子誘導刺激下，它可以從G0靜止期轉入細胞周期而增殖，并分化為某種組織定向細胞。第58頁/共90頁59組織干細胞分化的可塑性是很有限的，它只能沿著本組織各支系縱向分化（如造血干細胞的多向分化，僅限于髓系和淋巴系的造血細胞各支系的縱向分化），不能跨越本組織定向的限制，更不能突破胚層的界限。在生物界或人類醫(yī)學史上也從未出現(xiàn)過因橫向分化所至的疾病或怪胎。第59頁/共90頁60跨胚層轉分化可能的原因是：骨髓中成體干細胞不僅包括造血干細胞，間質干細胞，而且還有其他各胚層來源的干細胞及其分化的后代，即各類非造血組織的干細胞，如神經(jīng)干細胞、肝臟干細胞等。第60頁/共90頁61所謂成體干細胞多向分化的可塑性，其實是胚胎發(fā)育期存留于造血組織等部位的各胚層干細胞的自然屬性，如肌肉勻漿中不僅含有肌細胞，脂肪組織中不僅含有脂肪細胞，其中還有各種成體干細胞，它們的分化過程并沒有跨越組織定向的限制。第61頁/共90頁62對于轉分化的不同看法，其根本原因是至今尚無可能用絕對純化的正常組織干細胞克隆來證明組織定向干細胞可向非自身組織的方向分化。第62頁/共90頁63已證明，正常人和嚙齒類動物（可能還有其他哺乳動物）出生后組織中存在一群原始細胞，其單個細胞具有多潛能分化和大量增殖的潛力，稱為多潛能成體祖細胞（multipotentadultprogenitorcell,MAPCs）。——C.M.VerfaillieMAPCs是體內固有的還在培養(yǎng)條件下形成的，至今還不清楚。第63頁/共90頁64趙春華證實，在人體胚胎發(fā)育過程中，多種組織還存留具有多系分化潛能的亞全能干細胞。它們在胚胎發(fā)育成熟后逐漸失去部分原始干細胞表型，但在胚胎發(fā)育為成體后仍具有亞全能基因組，其中的組織特異性基因在適當?shù)奈h(huán)境下可以被激活，因各自所處的微環(huán)境不同而向不同的組織分化，能夠全方位地選擇分化為各種組織細胞。

第64頁/共90頁65趙春華實驗室在單克隆細胞水平上通過體內實驗證實，亞全能干細胞能夠向三個胚層多系統(tǒng)分化為各種組織細胞。這在一定程度上有助于澄清成體干細胞的可塑性問題。第65頁/共90頁66總之，有關可塑性問題還需不斷進行深入研究，要用更先進的手段，獲取更充分而精確的科學證據(jù)，據(jù)此才能來提出或支持相應的論斷。第66頁/共90頁67Bj?klund和Svendsen指出，我們現(xiàn)在所看到的意味著一門新的生物學已經(jīng)出現(xiàn)，從長遠看，這是新的再生醫(yī)學的誕生。第67頁/共90頁681999年，Science雜志編者Bloom：“干細胞給人類提供了極大的可能性：用干細胞修復病損的臟器和細胞缺損”，他還說“最終可能用干細胞制成像腎、肝這樣復雜的器官”。干細胞治療的現(xiàn)狀和前景第68頁/共90頁69源于胚胎干細胞的細胞已能或可能治療許多疾病神經(jīng)細胞心肌細胞B型胰島細胞軟骨細胞白細胞皮膚細胞肝細胞骨細胞視細胞骨骼肌細胞帕金森病心肌梗死糖尿病骨關節(jié)炎白血病燒傷和創(chuàng)傷肝炎骨質疏松癥視網(wǎng)膜退化肌營養(yǎng)不良治療第69頁/共90頁70成體干細胞中，造血干細胞（包括骨髓、臍血和外周血中的干細胞）已用于治療重度白血病和某些遺傳性血液病。第70頁/共90頁71①可經(jīng)誘導向軟骨細胞分化，并能分泌特異性Ⅱ型膠原基質，因此可望成為工程化軟骨的種子細胞；②分化為肌細胞，可能成為肌萎縮、肌營養(yǎng)不良時促進肌組織再生的靶細胞；

骨髓間充質干細胞（mesenchymalstemcell,MSC）：第71頁/共90頁72③與基因治療結合，可強化治療效果，對某些基因突變所致的遺傳性疾病；④可分離其自體的間充質干細胞，體外進行改造，敲除突變基因，導入正?；颍缓笾匦螺斎塍w內，既糾正了遺傳缺陷，又避免發(fā)生移植反應。第72頁/共90頁73新近的研究表明，成體非心臟來源的干細胞，如骨髓、腦、骨骼肌、脂肪組織、肝臟和外周血干細胞，通過自然遷移或實驗植入心臟均可分化為心肌細胞，提示成體干細胞可成為心肌梗死后再生的心肌細胞，目前已很快進入臨床研究。第73頁/共90頁74成體干細胞及其子代細胞移植或動員腦組織內的干細胞治療神經(jīng)退行性疾病已獲初步成效。動物實驗證實移植的神經(jīng)元可替代修復已損壞的神經(jīng)通路。臨床試驗也證實細胞替代治療可使癥狀緩解。第74頁/共90頁75帕金森病的主要病變是黑質紋狀體中多巴胺能神經(jīng)元的退行性變，給病人紋狀體內移植胎兒中腦組織的結果顯示，移植的神經(jīng)元可以存活并恢復對紋狀體的神經(jīng)支配達10年。由于倫理、來源等問題，大量臨床應用有困難。第75頁/共90頁76用干細胞和生長因子修復骨折，可加速愈合。動物實驗顯示，從骨髓提取干細胞能改善治療效果。用干細胞治療癱瘓病人，已有成功病例的報告。分離出的毛囊干細胞與“誘導”的真皮細胞結合可產(chǎn)生新的毛囊。第76頁/共90頁77有人將干細胞當成“未來疾病治療的新希望”；也有人懷疑“干細胞治療：是新希望還是錯誤開端”，理由是不同的實驗結果無法證實骨髓來源的單核細胞可分化為心肌細胞。第77頁/共90頁78有些經(jīng)冠脈注入自體骨髓細胞治療心肌梗死的臨床試驗結果，初期顯示功能改善，但以后與對照組無明顯差別。經(jīng)冠脈注入的骨髓源性單核細胞僅一小部分停留在心臟內，其療效至今仍不能得出明確的結論。第78頁/共90頁79將人胚胎干細胞注入患鼠大腦內幫助改善帕金森病癥狀，結果顯示癥狀確有減輕，但與此同時，一些干細胞并不釋放多巴胺，而是繼續(xù)分裂，其生長方式類似早期的腫瘤細胞，最終可能會形成一