植入细胞存活情况
TUNEL
植入后干细胞凋亡率小于20%
乳酸脱氢酶显示细胞死亡情况和 对照组无明显差异
电镜观察 组织学评价
肝细胞植入2天后电镜观察，细胞附着 在基质上生长情况良好
干细胞植入后细胞生长情况良好，表达干细胞特异性标志物 Albumin、G6pc、Ugt1a
制得大鼠脱细胞肺脏后，采用肺上皮细 胞、血管内皮细胞再细胞化，获得的再 细胞化肺脏在植入到大鼠体内后具有一 定的气体交换功能
按分化潜能
• 全能干细胞 • 多能干细胞 • 单能干细胞
干细胞：生命机体和组织器官的起源细胞
囊内 胚胎干细胞
受精卵
原始胚胎干胞
囊胚
胚胎干细胞 全能干细胞
胎儿 脐血 成人
成体干细胞 多能干细胞
再生医学 重塑生命
成体干细胞
机体多种成熟分化的组织中普遍存在成体干细胞
骨髓间充质干细胞、神经干细胞、造血干细胞、脂肪干细胞、肌肉干细 胞、表皮干细胞、角膜缘干细胞、视网膜干细胞、肝脏干细胞 、胰腺干 细胞、肠黏膜干细胞等
Cell Based Delivery (Pro vidence, RI) Collagenesis (Beverly, MA) CellSource (Pittsburgh, PA)
Creative Biomolecules (Hopkinton) Cyto Therapeutics (Providence, RI)
MRI图： A、D箭头所指显示软骨缺 损； B、E术后一年，植入物厚度 低于正常的50% C、F术后六年，植入物厚度 与正常软骨相当
J Orthop Sci. 2012 Jul;17(4):413-24.
构建：自体软骨组织，体外培养软骨 细胞
左图：18岁男性分离性骨软骨炎。术 后 2年关节镜观察可见软骨样组织再生。
什么是干细胞
细胞是机体组成的基本单位
细胞
细胞群
组织
机体
干细胞（stem cell, SC）的“干” 译自英文“stem”，意为“茎干”、 “干”和“起源”。
干细胞即起源细胞。
干细胞是一类具有无限的或者永生的自我更新能力的细胞， 能够产生至少一种类型的、高度分化的子代细胞。
分类
按发生学来源
• 胚胎干细胞 • 成体干细胞
膀胱黏膜下层来源的胶原基质 +PGA 新膀胱 + 原有膀胱残基 网膜包裹
Atala et al
Lancet, 2006
36
Lancet. 2006 Apr 15;367(9518):1241-6
通过冠状动脉灌注的方式制备脱细胞大鼠心脏
猪的脱细胞心脏制备（逆行灌注）
心肌细胞在脱细胞心脏心内膜面培养生长
右图：A、B，26岁男性，术后7年后； C、D，17岁女性，术后6年；E、F， 42岁男性，术后5年。均可见软骨厚度 增加（箭头）。
Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2013 May 12
组织工程软骨修复肋软骨缺损
Poland综合征
组织工程气管
异体气管脱细胞+自体上皮细胞、 软骨细胞，进行三维培养
Stryker (Kalamazoo, MI)
主营业务
Skin, cartilage, bone and liver, etc Blood vessels
Bioartificial muscle Tissue matrix system Vascularized fat cells NOVOS bone graft material Cellencapsulation; progenitor cell transplantation Bone substitute material Bone morphogenetic protein Wound repair, tissue regeneration Telomerase-immortalized stem cells Artificial Skin non-biologic material Pro-osteon bone graft from coral AlloDerm for skin replacement Pluripotent mesenchymal stem cells Apligraf human skin equivalent Cartilage tissue generation mechanisms Stem cell engineering Recombinant protein polymer hydrogel Vascular tissue engineering Local and systemic tissue-engineering products Matrix-based delivery of DNA for tissue repair Skin2 living human skin tissue
烧伤 溃疡 骨缺损 关节置换 角膜移植 肾移植 肝移植 癌症
750万/年 700万/年 300万/年 300万/年 500万/年 50万/年 30万/年 >200万/年 新增
普罗米修斯的肝脏
自然界中生物的再生现象
蝾螈的四肢、壁虎的尾巴都具有自然再生的能力。 青蛙与蝾螈同属两栖动物，却不具备再生的能力，但青蛙的前 身蝌蚪却又显示出四肢再生的能力。
•组织工程领域的高增长性和广阔的前景，吸引了全球组织工程企 业投入巨资，公司数量从几十家迅猛增长到220余家，其中不乏强 生、诺华、欧莱雅等大公司。
组 织 工 程 公 司
公司
Advanced Tissue Sciences(La Jolla CA) Alertek/Bio (Quebec, QC, Canada)
Lancet. 2008 Dec 13;372(9655):2023-30.
组织工程尿道
自体细胞（肌细胞，尿道上皮细胞）体外培养+支架材料
Lancet. 2011 Apr 2;377(9772):1175-82.
组织工程膀胱
7例自体组织工程膀胱扩大替代脊髓脊 膜膨出——神经源性膀胱
（膀胱内压力增高和膀胱顺应性差） 移行上皮细胞和平滑肌细胞
在特定条件下，成体干细胞或者产生新的干细胞， 或者按一定的程序分化，形成新的功能细胞，从而
使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡
间充质干细胞的来源
多向分化
干细胞临床应用潜力不断拓展
组织工 程
复合培养
人
干细胞
支架材料
体
组织工程产品
零
体外构建有生命的组织或器官 件 制
修复组织缺损，重建器官功能
造
组织工程研究
Protein Polymer Technologies (San Diego, CA) Regeneration (Tarrytown, NY) Reprogenesis (Cambridge, MA)
Selctive Genetics (San Diego, CA) Stratum Laboratories (La Jolla, CA)
Bone regeneration
中国组织工程研究
始于90年代初，与国外时间差距最小
1994～2002年，国家自然科学基金资助80多个项目 进行组织工程相关研究
1996年 卫生部临床学科重点项目 1998年 国家自然科学基金重点项目资助 1999年 “国家重点基础研究发展规划(973)”资助 2001年 “863”项目主题项目 2002年 “863”组织器官工程重大专项 2006年 “863”干细胞组织工程重大项目 2008年 “重大新药创制”科技重大专项“十一五”计划 2011年 启动组织工程“十二五”计划 2012年 中国科学院战略性先导科技专项“干细胞与再生医学研究”
ETEX (Cambridge, MA) Genetics Institute (Cambridge, MA) Genzyme Tissue Repair (Cambridge, MA)
Geron (Menlo Park, CA) Integra LifeScience (Plainsboro, NJ)
Interpore Internation (Irvine, CA) LifeCell(The Woodlands, TX)
MorphoGen Pharmaceutical (New York) Organogenesis (Canton, MA)
Osiris Therapeutics (Baltimore, MD) Progenitor (Menlo Park, CA)
脱细胞肺经复合肺上皮细胞、血管内皮细胞培养1周后，原位植入受体大鼠左肺。H&E 染色可以看到有红 细胞进入植入部位，并且有部分红细胞进入了气体交换区域
组织再生是有限的
• 成人小肠缺失 >70% 危及生命 • 肝脏切除 >90% 危及生命 • 骨缺损 >1cm 不能愈合 • 关节软骨缺损不能自行修复 • 神经元不能再生
再生医学
（regenerative medicine）
利用机体细胞重新制作损伤的组织、器官， 使其恢复自然状态的研究……
再生医学
组织工程是随着现代生物技术的发展和多学科的交叉而 兴起的一种新的生物治疗模式 目前人类疾病生物治疗的热点和重要研究方向 可能提供新的损伤治疗修复手段
国际发展现状
•全球每年花费在器官替代中的医疗费用为3500亿美元（占全球医 疗支出的8%），其中对组织工程皮肤的市场需求高达180亿美元， 关节置换产品市场高达250亿美元/年。据预测，组织工程相关产品 在今后二十年的潜在市场额为5000亿美元/年。
• 通过重建受损的细胞和组织来恢复器官的功能 • 多学科技术的整合与应用 • 干细胞治疗，组织工程治疗，基因治疗……… • 再生医学药物开发与应用