类器官在再生医学中的应用

类器官是干细胞在体外基质材料支撑条件下培养出来的一种三维微器官,与来源组织器官高度相似。类器官技术为基础研究、药物筛选、再生医学等领域提供了一个新的强大的研究模型和技术手段。再生医学的目的是帮助组织或器官恢复其正常的生理功能,通过与组织工程或基因工程相结合,类器官为再生医学提供了新的移植物来源。该文将介绍类器官在再生医学中的应用,并讨论该领域发展过程中所面临的主要挑战。     

编者按

<正>组织器官再生是指由于生理或病理原因导致生物体组织器官损伤后,在损伤部位又生长出与原有组织具有相同形态和功能的结构的过程。再生在低等动物中比较常见,蝾螈等能够再生出整个前肢,甚至是几乎整个个体。但动物界内不同物种的组织器官的再生能力具有明显的差异。以心脏再生为例,脊椎动物如斑马鱼具有一定的心脏再生能力;哺乳动物小鼠等出生7天前心脏具有再生能力,而7天后心脏再生能力丧失;     

斑马鱼尾鳍——理想的再生研究模型

脊椎动物组织和器官的发育与再生,与许多疾病的发生发展密切相关。不同物种间其再生能力差异很大,与哺乳动物相比,低等脊椎动物斑马鱼有着较强的再生能力。斑马鱼的多个组织器官如鳍、心脏、视网膜、脊髓、肝脏等都具有再生能力,对斑马鱼组织器官再生过程的研究将使我们获得大量有用的信息,能更好的理解脊椎动物再生功能,我们将以斑马鱼胚胎为实验材料,细致观察其尾鳍再生过程。     

海鞘再生的细胞学过程及其调控机制研究进展与展望

再生现象在后生动物中普遍存在,但不同物种的再生能力存在显著差别.无脊椎动物如水螅和涡虫等再生能力较强,具有部分组织或细胞即可再生出一个完整个体的能力,被称为整体再生;而脊椎动物的再生能力相对较弱,局限在某些特定器官或身体结构,被称为部分再生,如蝾螈的附肢.海鞘作为进化上介于无脊椎动物与脊椎动物之间的尾索动物,既包括具备...     

组织工程的诞生与发展——组织工程连载之一

传统器官移植受到器官来源、伦理以及机体免疫排斥等方面的限制而难以满足临床治疗需要。为了应对不断的挑战,组织工程得以诞生和发展。最初组织工程的含义是联合使用细胞、支架材料和生物活性因子以促进组织的修复和再生方面的研究和应用,随着研究的深入组织工程的概念得到不断发展。现代组织工程学是一门利用工程学和生命科学的原理,研究和开发具有生物活性的人工替代物,以维持、恢复或提高人体受损组织的功能的交叉学科。自诞生20多年来,组织工程的发展大致经历了三个阶段。再生医学是现代临床医学的重要分支,与干细胞和组织工程具有密切的联系。组织工程是完美的组织器官再生,是再生医学的关键研究领域,体现了再生医学的主要发展方向。再生医学的理论和技术方法促进了组织工程的发展。     

两栖动物器官再生的细胞与分子机制

包括人类在内的哺乳动物仅具有极为有限的再生能力,然而以蝾螈、非洲爪蟾等为代表的两栖类动物则能在特定时期完全修复缺损的组织器官。该文对近年来两栖类动物组织器官再生的细胞及分子机制研究作一综述,并以诱导成体爪蟾断肢再生为例,探讨诱导器官再生的研究策略。     

凋亡细胞的清除及组织稳态维持的研究进展

机体在组织器官受到损伤时,细胞凋亡和机体对凋亡细胞的清除在组织再生中有着密不可分的联系,其背后促进受损组织器官再生的机制一直是研究热点所在。近期研究发现,巨噬细胞在清除凋亡细胞,维持机体稳态以及促进组织器官修复再生中起到了重要作用。本文主要从凋亡的信号通路、巨噬细胞的极化特点以及凋亡细胞与巨噬细胞的相互作用这3个方面对近期研究进行综述。     

再生医学的近年进展

再生医学是近年问世的一门新学科,其努力达成的目标在修复或置换那些由于衰老、疾病、损伤或先天缺陷而丧失的组织或器官功能。1984年迄今的三十多年,再生医学的发展可分为"幼年期"、"青春期"与"成年期"等3个阶段,展现了兴起、衰落和复苏的马鞍形。2006—2007年,从成人皮肤成纤维细胞创建诱导型多潜能干细胞(induced pluripotent stem cells,i PSCs)获得成功,以及继后器官芯片(organs-on-chips)的兴旺开发,是两项里程碑式的科学发明和技术突破,大大促进了再生医学在临床各领域的推广应用。对干细胞的生态位(niche)、立体生物复印(3 dimensional bioprinting)、器官芯片与再生医学的临床影像检查,本文亦作简要介绍,并指出再生医学的远景挑战,是充分利用生物医学的优势,引导人体自愈。     

水稻组织再生植株的诱导

水稻组织再生植株的诱导能力因种类、器官、培养基等而异。汕优6号再生植株的诱导能力大于台中育39。幼穗外植体试管苗得率最高,茎次之,叶鞘最差。N_6培养基对水稻组织再生植株的诱导效果比较好。在N_6培养基中改变激素配比、附加一定浓度的谷氨酰胺和赖氨酸或切割愈伤组织,都有利于壮苗培养。     

脂肪干细胞在再生医学中的应用

再生医学是一门研究如何促进创伤与组织再生及功能重建的新兴学科,主要通过研究干细胞分化、机体等正常组织创伤修复与再生等机制来维持、修复、再生或改善损伤组织和器官功能。脂肪干细胞（adipose-derived stem cells,ASCs）是近年来从脂肪组织中分离得到的一种具有多向分化潜能的干细胞,是一种足量的、可用于实际的、有一定吸引力的自体细胞代替的供体资源,并能够广泛的用于组织修复、再生、发育的可塑性及细胞治疗等研究中。阐述了脂肪干细胞在旁分泌、软组织重建及损伤修复、骨骼肌重建、心血管重建、神经系统重建及癌症转移与入侵方面的作用模式,概括总结了目前利用脂肪干细胞参与的临床治疗方法,以期对脂肪干细胞在再生医学中应用研究提供参考。     

序言

正组织、器官的丧失或功能障碍是人类健康所面临的主要危害之一,也是引起人类疾病和死亡的最主要原因。世界卫生组织数据显示,器官组织损伤已成为第二位的致残因素。如何从根本上解决组织、器官缺损或功能障碍,也已成为生命科学领域正在积极探索的国际性前沿方向。其中,组织工程正是解决组织再生问题的重要手段,已显示出巨大的作用。     

肠道类器官在精准医学中的应用

类器官3D培养是一种新兴的用来研究组织成体干细胞生长、分化、器官形成的体外研究系统.目前,肠道类器官的3D培养是将分离的肠道隐窝或干细胞植入含有多种生长因子的基质胶中,在基质3D支撑下生成具有肠道上皮样结构的微型空心球体,这些球体被称为肠道类器官.该类器官包含有所有种类的肠道功能上皮细胞,能最大程度模拟肠道组织,故也称之为"迷你肠".结直肠肿瘤细胞也可以利用该3D体系培养得到肿瘤类器官.这些肠道类器官可被广泛应用于炎症性肠病、肠道损伤再生、肠癌等多种肠道疾病的研究.本综述讨论了关于肠道干细胞的最新研究进展,正常类器官和肿瘤类器官的培养,同时还将探讨类器官在疾病建模和组织再生、基因修复、肿瘤个性化治疗等精准医学方面的应用.     

组织器官损伤修复和再生研究进展

组织器官损伤修复和再生是生命科学领域最为复杂和重要的科学问题之一,任何组织器官都能快速响应损伤,通过内源性基因转录调控改变多种细胞命运属性实现创伤的修复与再生。绝大部分人体组织器官都不具备完美再生能力,然而,进化早期的许多动物以及绝大部分植物具有强大修复和再生能力。经年来,通过对这些模式生物的研究,随着单细胞测序技术的发展,通过遗传示踪、活体显微实时成像,对组织器官再生的关键细胞及其发生调控过程的认识有了显著的进步。该综述将针对损伤修复和再生关键细胞来源、损伤后基因转录调控以及快速损伤应激能力进行简单总结。由于篇幅有限,非常抱歉不能涵盖损伤修复和再生领域的所有研究。     

肝细胞生长因子对主要器官/组织损伤的修复作用

肝细胞生长因子(HGF)是一种多功能的生长因子,它参与多种细胞的增殖、迁移和形态发生。HGF对多种成熟的器官／组织有营养修复作用,促进肝、肾、肺等损伤器官的再生,同时也是神经系统新的营养因子之一。本综合近年来有关献对HGF在主要器官或组织损伤中的修复作用作一概括性介绍。     

皮肤的修复与再生

我们的皮肤是身体上最大的器官,覆盖着身体的表面,是保护内脏器官、组织免受外界机械、化学、物理、生物等损伤的第一道防线。皮肤也和其它器官一样,在生物进化中获得了生物共有的特性——不断进行着新陈代谢,不断进行着修复和再生,以维持正常的生命活动,保证身体健康。但是在我们的生产劳动中身体总免不了受到这种或那种不同程度的损伤。受损组织恢复机体完整性的过程叫做修复,而组织细胞的增生能力叫做再生。修复必须在组织再生的基础上才能完成,修复和再生是同时进行的。再生可分为生理性再生和病理性再生。生理性再生发生在正常情况下,是消耗和衰亡的细胞不断为新生的细胞所代替的过程,如表皮角质层细胞的脱落,毛发的更新、以及皮脂腺细     

人为何不能有再生能力

利用干细胞产生,修复破损的组织、器官,被称为再生医学。目前,再生医学的发展已经可以通过干细胞再生血管、汗腺、神经,以及组织工程皮肤和软骨,甚至组织工程耳朵和膀胱等。     

大鼠心肌虚血再灌流后肝细胞再生因子的表达变化

肝细胞再生因子（hepatocyte growth factor, HGF）对多种细胞都具有促进增殖及运动、抗凋亡的作用,对组织器官的发育形成也起到重要作用．在肝脏、肾脏、肺、心脏等器官受损之后的修复过程中,有积极的促进再生的作用．本研究采用了心虚血再灌流大鼠模型,发现心肌细胞受损伤后 6 h 血清中HGF水平显著增高．在比较了肾脏、肺、肝脏、脾脏等组织提取液中HGF的含量之后,发现心虚血再灌流手术后,肾脏、肺、肝脏中HGF的含量变化不明显,而脾脏的提取液中HGF的含量增加显著．对脾脏组织的连续切片进行HGF与血管内皮细胞的特异性标志物von Willanbrand Factor (vWF)免疫组织化学染色研究,发现手术后脾脏中产生HGF的细胞主要为血管内皮细胞．此项研究首次阐明组织器官受损后,远端组织器官的血管内皮细胞能够增加HGF的合成和分泌,增加的HGF通过体液循环到达受损组织器官,促进其修复再生．     

干细胞过度生长或造成癌症

利用干细胞产生新的组织和器官,修复破损的组织、器官,被称为再生医学。目前,再生医学的发展已经使得人类可以通过干细胞使血管、汗腺、神经再生。并生产出组织工程皮肤和组织工程软骨,甚至组织工程耳朵和膀胱等。但是。用于治疗的于细胞如果控制不好就有可能演变为难以制约的肿瘤,尤其是全能分化的胚胎干细胞。     

引导组织再生智能生物材料的转化研究

干细胞与再生医学是现代医学的重要组成部分,也是科学发展的热点。人工组织器官构建是本领域的重要研究内容,对解决我国人口健康领域的众多问题具有重要战略意义。中国科学院在2011年优先布局了"干细胞与再生医学"先导专项,并设立"人工组织器官构建"项目,承担再生医学转化研究。就"人工组织器官构建"项目中的重大研究任务"引导组织再生智能生物材料"进行综述,介绍了该任务的两项原创性技术的转化研究及在临床研究中的初步成果。     

衰老个体中的组织干细胞

组织干细胞是组织器官稳态维持和损伤修复或再生的结构基础。伴随着年龄的增加,组织干细胞的数量、增殖和分化等功能及其所处微环境发生改变,从而使得老年个体再生修复功能降低或异常。此外,组织干细胞的衰老与老年个体衰老相关疾病的发生有着密切的关系。该文拟介绍几种目前比较明确的组织干细胞在老年个体中发生改变的基本特征及其发生机制,旨在为正确理解老年组织机能低下提供重要的理论基础,并希望能够建立有效可行的延缓或逆转组织干细胞衰老的途径以提高老年人群的生活质量。