血管、神经组织工程优秀PPT.ppt

第七节第七节 血管组织工程血管组织工程一、血管的组织结构一、血管的组织结构(一一)动脉动脉1 1、中动脉、中动脉 管壁平滑肌丰富、管壁收缩性强，又称肌性管壁平滑肌丰富、管壁收缩性强，又称肌性动脉。动脉。内膜内膜 表面为内皮，内皮四周有内弹性膜。内表面为内皮，内皮四周有内弹性膜。内 皮和内弹性膜之间，有较薄的内皮下层，含少量皮和内弹性膜之间，有较薄的内皮下层，含少量胶原纤维、弹性纤维和少许纵行平滑肌。中动脉胶原纤维、弹性纤维和少许纵行平滑肌。中动脉的内弹性膜明显，此为内膜和中膜的分界。的内弹性膜明显，此为内膜和中膜的分界。中膜中膜 较厚，主要由较厚，主要由1040层环行排列的平滑层环行排列的平滑 肌组成，平滑肌之间有一些弹性纤维和胶原纤肌组成，平滑肌之间有一些弹性纤维和胶原纤 维。动脉中膜含有平滑肌细胞，这些平滑肌细维。动脉中膜含有平滑肌细胞，这些平滑肌细 胞具有产生结缔组织纤维和基质的实力。胞具有产生结缔组织纤维和基质的实力。外膜外膜 外膜的厚度与中膜相近，由较疏松的结外膜的厚度与中膜相近，由较疏松的结 缔组织组成，含有胶原纤维和弹性纤维。在外缔组织组成，含有胶原纤维和弹性纤维。在外 膜与中膜交界处，有的中动脉有较密集的弹性膜与中膜交界处，有的中动脉有较密集的弹性 纤维，有的有一层较明显的外弹性膜。纤维，有的有一层较明显的外弹性膜。2 2、大动脉、大动脉 管壁中有很多层弹性纤维，平滑肌较少，也称为管壁中有很多层弹性纤维，平滑肌较少，也称为弹性动脉。弹性动脉。内膜内膜 内皮外有较厚的内皮下层，其中含胶原纤内皮外有较厚的内皮下层，其中含胶原纤 维、弹性纤维和一些平滑肌。内皮下层之外为多层维、弹性纤维和一些平滑肌。内皮下层之外为多层 弹性膜，与中膜的弹性膜相连，故内膜与中膜没有弹性膜，与中膜的弹性膜相连，故内膜与中膜没有 清晰的分界。清晰的分界。中膜中膜 主要由多层弹性膜和一些平滑肌组成。成人主要由多层弹性膜和一些平滑肌组成。成人 有有40407070层弹性膜，各层弹性膜由弹性纤维相连。层弹性膜，各层弹性膜由弹性纤维相连。外膜外膜 较薄，致密的结缔组织组成，没有明显的外较薄，致密的结缔组织组成，没有明显的外 弹性膜。外膜渐渐移行为四周较疏松的结缔组织。弹性膜。外膜渐渐移行为四周较疏松的结缔组织。(三三)动脉血管内皮的功能动脉血管内皮的功能 血管内皮细胞构成血管的光滑面，便于血液流血管内皮细胞构成血管的光滑面，便于血液流淌。内皮细胞能合成并向血液释放多种有生物活性淌。内皮细胞能合成并向血液释放多种有生物活性的物质，如的物质，如A A、B B血型抗原，血型抗原，因子，前列环素。正因子，前列环素。正常时，抗凝物质占优势，使血液保持液体状态，血常时，抗凝物质占优势，使血液保持液体状态，血管受损时，凝血物质增多，参与凝血。管受损时，凝血物质增多，参与凝血。（二）静脉 常与相应动脉伴行。静脉管壁薄而松软，弹性也较小。静脉壁内平滑肌和弹性组织不及动脉丰富，结缔组织成分较多。1中静脉 内膜薄，内弹性膜不发达或不明显。中 膜比相伴行动脉薄，平滑肌束分布稀疏。外膜一 般比中膜厚，没有外弹性膜，由结缔组织组成，有的中静脉外膜可有纵行平滑肌束。2 2大静脉大静脉 管壁内膜较薄，中膜很不发达，为几管壁内膜较薄，中膜很不发达，为几 层排列疏松的环行平滑肌，甚至没有平滑肌。层排列疏松的环行平滑肌，甚至没有平滑肌。外膜则较厚，结缔组织内常有较多的纵行平滑外膜则较厚，结缔组织内常有较多的纵行平滑 肌束。肌束。3 3静脉瓣静脉瓣 管径管径2 mm2 mm以上的静脉常有瓣膜，防以上的静脉常有瓣膜，防 止血液逆流。瓣膜为两个半月形薄片，彼此相止血液逆流。瓣膜为两个半月形薄片，彼此相 对，根部与内膜相连，其游离缘朝向血流方对，根部与内膜相连，其游离缘朝向血流方 向，为含弹性纤维的结缔组织。向，为含弹性纤维的结缔组织。二、血管移植的发展二、血管移植的发展1 1、静脉移植、静脉移植 运用自体静脉作为动脉搭桥的替代品。运用自体静脉作为动脉搭桥的替代品。2 2、异种或同种异体血管移植、异种或同种异体血管移植 易发生动脉瘤和移植后感染。易发生动脉瘤和移植后感染。3 3、人工合成血管移植、人工合成血管移植 目前常用的人工血管有涤纶织物、膨胀性聚四目前常用的人工血管有涤纶织物、膨胀性聚四氟乙烯氟乙烯（ePTFE）、聚乙烯对酞酸盐（、聚乙烯对酞酸盐（DacronDacron）制）制成的血管，适用于大直径高血流速段血管移植，直成的血管，适用于大直径高血流速段血管移植，直径径5mm5mm以下的低血流速段血管移植疗效差，往往发以下的低血流速段血管移植疗效差，往往发生血栓栓塞。生血栓栓塞。4 4、组织工程化血管组织工程化血管三、组织工程化血管三、组织工程化血管（一）血液与植入材料之间的反应（一）血液与植入材料之间的反应1 1蛋白吸附蛋白吸附 一旦血液通过移植物，血浆蛋白（白蛋白、纤维一旦血液通过移植物，血浆蛋白（白蛋白、纤维蛋白、免疫球蛋白蛋白、免疫球蛋白IgGIgG等）马上吸附于移植物血管壁。等）马上吸附于移植物血管壁。在移植物表面发生重新分布。在移植物表面发生重新分布。2 2血小板沉积血小板沉积 蛋白质蛋白质/血小板复合物沉积后血小板构象发生变血小板复合物沉积后血小板构象发生变更并释放颗粒，释放出一系列生物活性物质，这些物更并释放颗粒，释放出一系列生物活性物质，这些物质可激活其他血小板并增加凝血酶的产生；诱导调整质可激活其他血小板并增加凝血酶的产生；诱导调整平滑肌细胞漂移和增殖；限制单核细胞积聚到移植物平滑肌细胞漂移和增殖；限制单核细胞积聚到移植物上。上。3 3中性粒细胞和单核细胞浸润中性粒细胞和单核细胞浸润 趋化因子将中性粒细胞吸引到移植体上，被激活趋化因子将中性粒细胞吸引到移植体上，被激活的中性粒细胞释放出氧、自由基和各种酶，诱导基质的中性粒细胞释放出氧、自由基和各种酶，诱导基质降解，限制整个内皮细胞分化的过程，限制移植血管降解，限制整个内皮细胞分化的过程，限制移植血管的组织整合。的组织整合。4 4内皮细胞和平滑肌细胞的向内生长内皮细胞和平滑肌细胞的向内生长 移植物仅有有限的内皮细胞向内生长，其生长不移植物仅有有限的内皮细胞向内生长，其生长不超过吻合端超过吻合端l l2 cm2 cm；吻合口区四周可以发觉受损伤；吻合口区四周可以发觉受损伤或未融合的内皮细胞，但生化性质发生变更，可能启或未融合的内皮细胞，但生化性质发生变更，可能启动血栓形成和平滑肌细胞生长。平滑肌细胞增殖，产动血栓形成和平滑肌细胞生长。平滑肌细胞增殖，产生细胞外基质成分。这种平滑肌细胞过度增生的反应生细胞外基质成分。这种平滑肌细胞过度增生的反应通常被认为是产生内膜肥厚的主要缘由。通常被认为是产生内膜肥厚的主要缘由。（二）移植物的组成和构建（二）移植物的组成和构建1 1、多孔性和通透性、多孔性和通透性 组织向内生长的速度依靠于移植物的多孔性和通透性。通透性过小影响移组织向内生长的速度依靠于移植物的多孔性和通透性。通透性过小影响移植体内皮化的速度，增加血栓形成；通透性过大，使四周组织长入过快而堵塞移植植体内皮化的速度，增加血栓形成；通透性过大，使四周组织长入过快而堵塞移植血管。血管。2 2、血管壁顺应性、血管壁顺应性 在顺应性相对较好的动脉和不行延展的移植物吻合口处是出现血流紊乱的部位；在顺应性相对较好的动脉和不行延展的移植物吻合口处是出现血流紊乱的部位；动脉不同区域顺应性变异性太大动脉不同区域顺应性变异性太大远端小腔隙动脉顺应性小于较大的、较中心的远端小腔隙动脉顺应性小于较大的、较中心的动脉。动脉。3 3、流淌面特性、流淌面特性 血液与移植体表面的相互作用，依靠于其表面的理化特性。如表面电荷、粗糙血液与移植体表面的相互作用，依靠于其表面的理化特性。如表面电荷、粗糙程度。程度。(三三)移植物的丢失和通畅率移植物的丢失和通畅率 即刻丢失即刻丢失-机械缘由机械缘由 置人体内第置人体内第1 1个月发生丢失个月发生丢失-远端高阻力发生血远端高阻力发生血栓所致。栓所致。置入后置入后6 6个月到个月到3 3年发生丢失年发生丢失-吻合口假性内膜吻合口假性内膜过度增生。过度增生。可以通过预先处置移植物的构建、组成和或可以通过预先处置移植物的构建、组成和或通过诱导变更血液和组织对植入移植物反应等干预通过诱导变更血液和组织对植入移植物反应等干预措施来消退这些障碍。措施来消退这些障碍。四、生物杂交移植物四、生物杂交移植物(一一)表面改性表面改性1 1、中性多聚体外衣：中性碳衣、硅衣、中性多聚体外衣：中性碳衣、硅衣2 2、蛋白涂层：明胶、胶原、蛋白涂层：明胶、胶原3 3、抗生素浸渍移植物：头孢菌素、利福平、抗生素浸渍移植物：头孢菌素、利福平4 4、抗凝剂的附着：尿激酶、抗凝剂的附着：尿激酶（二）内皮化移植物（二）内皮化移植物1 1、内皮细胞种植外源性内皮细胞的应用、内皮细胞种植外源性内皮细胞的应用 问题：细胞的密度；细胞的黏附和驻留问题：细胞的密度；细胞的黏附和驻留 解决：含氮血浆处理移植体；延长孵育时间；解决：含氮血浆处理移植体；延长孵育时间；选择利于细胞吸附的材料选择利于细胞吸附的材料 2 2、刺激内源性内皮细胞再表面化：、刺激内源性内皮细胞再表面化：FGFFGF（三）生物可吸取材料血管移植物的应用：（三）生物可吸取材料血管移植物的应用：不余留可能残余细菌孳生的材料、降低感染不余留可能残余细菌孳生的材料、降低感染 不余留长期异物炎症反应的材料；不余留长期异物炎症反应的材料；削减内膜过度增厚、削减血管堵塞削减内膜过度增厚、削减血管堵塞建立完整、有效、有力的组织结构：建立完整、有效、有力的组织结构：1 1、可吸取材料中混合运用非可吸取材料、可吸取材料中混合运用非可吸取材料 2 2、运用两种或两种以上的不同组织降解率的可吸取材料、运用两种或两种以上的不同组织降解率的可吸取材料 3 3、应用生长和趋化因子，加强组织向内生长，加强加快、应用生长和趋化因子，加强组织向内生长，加强加快 细胞整合到移植体上细胞整合到移植体上五、血管组织工程：五、血管组织工程：（一）体外血管组织工程：周期长（一）体外血管组织工程：周期长 胶原支架胶原支架内皮细胞平滑肌细胞成纤维细胞内皮细胞平滑肌细胞成纤维细胞 （二）体内血管组织工程：（二）体内血管组织工程：1 1、无细胞管状基质、无细胞管状基质+bFGF+bFGF 2 2、小肠黏膜下层（、小肠黏膜下层（SISSIS）血管替代品）血管替代品 3 3、小肠胶原层（、小肠胶原层（ICLICL）血管替代品）血管替代品第八节第八节 神经组织工程神经组织工程一、四周神经解剖结构特点一、四周神经解剖结构特点1 1、神经纤维、神经纤维 神经纤维是由神经元的轴突和包绕轴突的鞘膜所神经纤维是由神经元的轴突和包绕轴突的鞘膜所组成。鞘膜主要由雪旺细胞组成。轴突是神经元上最组成。鞘膜主要由雪旺细胞组成。轴突是神经元上最长的突起。轴突内含有神经微丝、神经微管、线粒体、长的突起。轴突内含有神经微丝、神经微管、线粒体、粗面和滑面内质网。粗面和滑面内质网。2 2、神经纤维的分类、神经纤维的分类3 3、结缔组织膜、结缔组织膜 神经内膜、神经束膜、神经外膜神经内膜、神经束膜、神经外膜 二、四周神经损伤的再朝气制二、四周神经损伤的再朝气制神经受损后再生的条件：神经受损后再生的条件：神经的细胞体必需得到爱护，防止不行逆损伤神经的细胞体必需得到爱护，防止不行逆损伤的发生，并维持可生长的状态；的发生，并维持可生长的状态；再生的神经元突起能受到刺激而延长，并通过再生的神经元突起能受到刺激而延长，并通过引导作用穿越损伤部位；引导作用穿越损伤部位；轴突前端的生长锥能够找寻和识别到相应的靶轴突前端的生长锥能够找寻和识别到相应的靶器官，建立起新的有功能的突触。器官，建立起新的有功能的突触。（一）四周神经损伤后的病理生理变更：（一）四周神经损伤后的病理生理变更：远侧断端：远侧断端：Wallerian变性。轴突降解，髓鞘溃变、裂变性。轴突降解，髓鞘溃变、裂解，巨噬细胞吞噬溃变髓鞘，雪旺细胞分裂、增殖解，巨噬细胞吞噬溃变髓鞘，雪旺细胞分裂、增殖近侧断端：轴浆运输接着进行，近端肿胀和回缩，轴近侧断端：轴浆运输接着进行，近端肿胀和回缩，轴膜封闭断端，更多细胞器聚集形成回缩球膜封闭断端，更多细胞器聚集形成回缩球神经元：（轴突反应：神经元胞体肿胀，尼氏体融解神经元：（轴突反应：神经元胞体肿胀，尼氏体融解或消逝，神经元死亡。或消逝，神经元死亡。）反应程度与受损轴突的部位与胞体之间的距离和损伤反应程度与受损轴突的部位与胞体之间的距离和损伤程度相关。程度相关。（二）神经纤维的再生：（二）神经纤维的再生：1 1、终末再生、终末再生 损伤近断端轴突回缩，渐渐肿胀。几天后起先损伤近断端轴突回缩，渐渐肿胀。几天后起先活跃增长出现生长椎。生长椎发出细小轴丝，在各活跃增长出现生长椎。生长椎发出细小轴丝，在各个方向向外生长。个方向向外生长。损伤远断端损伤远断端wallerianwallerian变性，轴突降解，髓鞘崩变性，轴突降解，髓鞘崩溃，雪旺细胞增殖（正常溃，雪旺细胞增殖（正常4 41717倍），形成倍），形成BungnerBungner带。带。Bungner Bungner带：雪旺细胞沿基底膜纵向排列，相互结带：雪旺细胞沿基底膜纵向排列，相互结合有序的、柱状排列结构合有序的、柱状排列结构2、侧支再生：、侧支再生：邻近未损伤轴突受雪旺细胞分泌因子及相应微环境邻近未损伤轴突受雪旺细胞分泌因子及相应微环境诱导，生长出新的轴突侧支新芽诱导，生长出新的轴突侧支新芽 伸入伸入Bungner带生长延长到达效应器官带生长延长到达效应器官（三）神经元的爱护与神经再生：（三）神经元的爱护与神经再生：神经养分因子（神经养分因子（NGF、bFGF）ECM成分（层粘连蛋白成分（层粘连蛋白LN）、雪旺细胞）、雪旺细胞 NGF：促神经细胞存活率增高：促神经细胞存活率增高 促神经细胞伸出的突起延长促神经细胞伸出的突起延长 体外培育的神经元，诱导突起向体外培育的神经元，诱导突起向NGF浓度高的浓度高的 地方生长，确定神经纤维生长方向地方生长，确定神经纤维生长方向趋化性趋化性三、雪旺细胞在神经再生中的作用三、雪旺细胞在神经再生中的作用1 1、雪旺细胞对神经元的爱护作用：、雪旺细胞对神经元的爱护作用：分泌神经养分物质和分泌神经养分物质和ECMECM2 2、神经损伤后雪旺细胞的变更：、神经损伤后雪旺细胞的变更：溃变轴突、髓鞘刺激雪旺细胞分裂、增殖形成溃变轴突、髓鞘刺激雪旺细胞分裂、增殖形成BungnerBungner带带 再生轴突刺激雪旺细胞分裂、增殖再生轴突刺激雪旺细胞分裂、增殖3、雪旺细胞的养分作用：、雪旺细胞的养分作用：分泌分泌NGF、FGF等多种神经养分因子等多种神经养分因子 4、雪旺细胞分泌的细胞外基质、雪旺细胞分泌的细胞外基质:LN、FN、I和和IV型胶原、硫酸肝素蛋白型胶原、硫酸肝素蛋白5、雪旺细胞分泌的细胞粘附分子、雪旺细胞分泌的细胞粘附分子,调整和诱导轴突生调整和诱导轴突生长长 细胞间粘附分子、血管细胞粘附分子、细胞间粘附分子、血管细胞粘附分子、髓鞘相关糖蛋白、四周髓鞘蛋白髓鞘相关糖蛋白、四周髓鞘蛋白四、神经损伤的修复：四、神经损伤的修复：（一）干脆缝合：外膜缝合、束膜缝合（一）干脆缝合：外膜缝合、束膜缝合 不能干脆缝合：神经回缩、神经缺损、不能干脆缝合：神经回缩、神经缺损、干脆缝合后存在张力干脆缝合后存在张力 （二）自体神经移植：（二）自体神经移植：皮神经：有足够的长度和外径皮神经：有足够的长度和外径 解剖部位恒定且表浅易于找寻解剖部位恒定且表浅易于找寻 切取后供区感觉障碍较少切取后供区感觉障碍较少 缺损多少、受区组织条件影响移植效果缺损多少、受区组织条件影响移植效果 （三）同种异体神经移植：缺损过长或粗大神经缺损（三）同种异体神经移植：缺损过长或粗大神经缺损 液氮低温冷冻液氮低温冷冻 降低抗原性降低抗原性（四）自身非神经材料：动脉、静脉、筋膜、骨骼肌（四）自身非神经材料：动脉、静脉、筋膜、骨骼肌（五）人工合成材料：硅胶管、（五）人工合成材料：硅胶管、PGA、胶原、胶原、PLA 四周神经志向的修复材料应具备以下条件：四周神经志向的修复材料应具备以下条件：能通过正常的生理途径被完全降解吸取，以免在能通过正常的生理途径被完全降解吸取，以免在 神经生成后对其形成压迫和影响物质交换。神经生成后对其形成压迫和影响物质交换。吸取速度和神经纤维再生速度相一样，能为轴突吸取速度和神经纤维再生速度相一样，能为轴突 再生供应一个支持而通过缺损部位。再生供应一个支持而通过缺损部位。能诱导和促进轴突生长。能诱导和促进轴突生长。无毒性、无抗原性和无致肿瘤性。无毒性、无抗原性和无致肿瘤性。良好的物理性能，在神经生长时供应支持，避开良好的物理性能，在神经生长时供应支持，避开 压迫神经。压迫神经。具有良好的渗透性，利于物质交换。具有良好的渗透性，利于物质交换。易于加工制作成适合不同神经缺损要求的形态和易于加工制作成适合不同神经缺损要求的形态和 长度的材料。长度的材料。五、组织工程方法修复神经损伤五、组织工程方法修复神经损伤（一）导管和支架的探讨：（一）导管和支架的探讨：1、操作简洁；、操作简洁；2、无张力或张力小、无张力或张力小 3、防止瘢痕生成；、防止瘢痕生成；4、对轴突生长起导向作用、对轴突生长起导向作用 5、使内源性神经活性物质聚集，、使内源性神经活性物质聚集，同时解除外源性抑制分子同时解除外源性抑制分子 聚乙烯、丙烯酸共聚物、胶原、硅胶管聚乙烯、丙烯酸共聚物、胶原、硅胶管 层粘连蛋白和黏多糖层粘连蛋白和黏多糖（二）细胞外基质的应用：（二）细胞外基质的应用：ECM类似物：类似物：细胞细胞间的连接；细胞分化的导向作用细胞细胞间的连接；细胞分化的导向作用 分子量小的、可溶性的、生物活性成分分子量小的、可溶性的、生物活性成分（三）种子细胞与移植（三）种子细胞与移植 雪旺细胞培育：雪旺细胞培育：1）植块反复接种法：）植块反复接种法：种植块必需紧贴到培育器上，不能悬浮种植块必需紧贴到培育器上，不能悬浮 可获得大量纯净的雪旺细胞而不用细胞毒性药物可获得大量纯净的雪旺细胞而不用细胞毒性药物 周期长周期长 2）酶消化法：）酶消化法：0.25%胰蛋白酶胰蛋白酶0.03%胶原酶分次消化胶原酶分次消化培育：培育：20小牛血清小牛血清DMEM24h加入阿糖胞苷加入阿糖胞苷 24h换为正常培育液换为正常培育液24h加入阿糖胞苷加入阿糖胞苷 24h改为正常培育液改为正常培育液操作简洁，周期短；应用细胞毒性药物，雪旺细胞纯操作简洁，周期短；应用细胞毒性药物，雪旺细胞纯度稍低度稍低3、差速贴壁法：预涂多聚赖氨酸，、差速贴壁法：预涂多聚赖氨酸，3060分钟分钟 PLA中空纤维管复合中空纤维管复合ECM、雪旺细胞桥接大鼠坐骨神经缺损，术后、雪旺细胞桥接大鼠坐骨神经缺损，术后3个月，神经通过桥接体个月，神经通过桥接体PLA复合复合ECM、雪旺细胞，术后、雪旺细胞，术后6周周再生神经生长椎再生神经生长椎PLA复合复合ECM、雪旺细胞，术后、雪旺细胞，术后3个月个月桥接体内神经纤维生长良好桥接体内神经纤维生长良好雪旺细胞经标记后植入雪旺细胞经标记后植入PLAPLA，桥接鼠坐骨神经缺损，术，桥接鼠坐骨神经缺损，术后后6 6周，大量雪旺细胞存活周，大量雪旺细胞存活六、四周神经组织工程展望六、四周神经组织工程展望1、雪旺细胞：、雪旺细胞：培育永生化培育永生化SC 基因工程技术修饰基因工程技术修饰SC，保留应有的功能，保留应有的功能2、支架材料：半透膜、中空纤维管、支架材料：半透膜、中空纤维管、生物多孔材料携带种子细胞生物多孔材料携带种子细胞3、ECM：胶原、：胶原、LN、FN 生物凝胶：含生物凝胶：含LN、FN等多种等多种ECM成分成分PLA无纺纤维布与无纺纤维布与ECM、雪旺细胞复合培育，可见网孔内有大量雪旺细胞、雪旺细胞复合培育，可见网孔内有大量雪旺细胞思索题：思索题：1 1、血液与植入血管假体材料之间的反应包括哪些？、血液与植入血管假体材料之间的反应包括哪些？2 2、有哪些方法可以对血管移植物进行表面改性？、有哪些方法可以对血管移植物进行表面改性？3 3、雪旺细胞在神经再生中的作用。、雪旺细胞在神经再生中的作用。4 4、神经受损后再生的条件、神经受损后再生的条件5 5、现阶段可对神经损伤进行修复的方法有哪些？、现阶段可对神经损伤进行修复的方法有哪些？