Cardiovascular Regeneration Therapies Using Tissue Engineering Approaches pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Mori, Hidezo, M.D., Ph.D. (EDT)/ Matsuda, Hikaru (EDT)

出品人:

页数:238

译者:

出版时间:

价格:695.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9784431239253

丛书系列:

图书标签:

• 心血管再生
• 组织工程
• 心脏修复
• 血管再生
• 生物材料
• 干细胞
• 再生医学
• 生物支架
• 心脏病
• 血管疾病

心脏再生疗法：组织工程的创新视角 引言 心血管疾病，包括冠状动脉疾病、心力衰竭和心肌梗死，是全球范围内导致死亡和残疾的主要原因。这些疾病往往导致心肌细胞不可逆的损伤，进而引发心脏功能的严重衰退。长期以来，医学界一直在积极探索能够有效修复或替换受损心肌组织的方法，以期从根本上改善患者的生活质量。传统的治疗手段，如药物治疗、血管重建术和心脏移植，在一定程度上缓解了症状，但往往存在局限性，例如药物的副作用、移植的供体短缺以及免疫排斥反应等问题。 近年来，组织工程学的飞速发展为心血管疾病的治疗带来了革命性的新思路。组织工程学是一门交叉学科，它融合了细胞生物学、材料科学、生物化学以及临床医学等多个领域的知识，旨在利用生物材料、细胞和生物分子，在体外构建或修复具有特定功能的组织和器官。对于心脏而言，组织工程学提供了一个充满潜力的平台，通过再生受损的心肌，恢复心脏的泵血功能，从而应对心血管疾病带来的严峻挑战。 本书正是聚焦于这一前沿领域，深入探讨如何运用组织工程的策略来开发创新的心血管再生疗法。我们不仅仅关注技术层面的进步，更致力于理解疾病的发生机制，探索不同组织工程方法的优势与劣势，并展望未来的临床应用前景。本书旨在为从事心血管疾病研究、组织工程开发以及临床治疗的科学家、医生和研究人员提供一个全面、深入的参考，也为对这一领域感兴趣的读者提供一个清晰的入门指南。 第一部分：理解心肌损伤与再生的挑战 在深入探讨组织工程疗法之前，有必要对心肌损伤的病理生理学以及心脏的固有再生能力进行详细的审视。 心肌损伤的分子与细胞机制： 缺血再灌注损伤： 心肌梗死是由于冠状动脉阻塞导致的心肌缺血，而随后的再灌注虽然恢复了血流，却会引发一系列的氧化应激、炎症反应和细胞凋亡，进一步加剧组织损伤。我们将详细阐述这一过程中的关键信号通路，例如ROS的产生、炎症因子（如TNF-α、IL-1β）的释放、钙超载以及线粒体功能障碍。 心肌细胞的损伤与死亡： 心肌细胞是心脏收缩功能的基本单位，一旦遭受损伤，其数量的减少和功能的丧失是导致心力衰竭的关键。我们将探讨心肌细胞在缺血、缺氧、机械应力以及各种毒性物质作用下的凋亡和坏死机制。 细胞外基质的重塑： 在心肌损伤后，成纤维细胞被激活，产生大量的胶原蛋白，导致心肌纤维化。这种纤维化不仅会降低心肌的顺应性，影响心脏的舒张功能，还会阻碍新生血管的形成和细胞的迁移，不利于心脏功能的恢复。我们将深入分析成纤维细胞激活的分子机制以及细胞外基质重塑对心脏功能的影响。 炎症反应与免疫细胞的作用： 炎症是心肌损伤后早期的一个重要过程。中性粒细胞、巨噬细胞等免疫细胞的浸润在清除坏死组织的同时，也可能释放促炎因子，加剧损伤。然而，巨噬细胞在后期也可能转化为促修复表型，发挥积极作用。我们将探讨炎症反应的双重性及其在心脏修复中的调控。 心脏的固有再生能力： 成体心脏的有限再生： 与其他器官（如肝脏）相比，成体心脏细胞增殖能力非常有限，心肌细胞一旦死亡，很难通过内源性机制进行有效的替换。然而，近年来有研究表明，在特定的生理或病理条件下，心肌细胞也可能存在一定的增殖和分化潜力。 血管内皮细胞与周细胞的贡献： 心脏中的血管系统对于维持心肌细胞的生存和功能至关重要。血管内皮细胞的增殖和迁移在心肌缺血后的血管新生中起着重要作用，而周细胞则参与血管的稳定和重塑。 心肌祖细胞与干细胞的探索： 学界一直在积极寻找能够分化为心肌细胞的干细胞类型，例如骨髓间充质干细胞（BMSCs）、诱导多能干细胞（iPSCs）以及胚胎干细胞（ESCs）。我们将回顾目前对这些细胞来源及其在心脏再生潜力方面的研究进展，包括其分化能力、增殖速度以及安全性等方面的考量。 第二部分：组织工程策略在心血管再生中的应用 本部分将详细介绍组织工程学在心血管再生领域所采取的各种策略，包括生物材料的选择、细胞的应用以及生物反应器的构建。 生物材料在心脏组织工程中的作用： 支架材料的设计与选择： 组织工程的支架材料是细胞生长的三维骨架，它不仅需要提供机械支持，还需要引导细胞的行为。我们将探讨不同类型的支架材料，包括： 天然生物材料： 如胶原蛋白、纤连蛋白、透明质酸、脱细胞基质（ECM）等。它们具有良好的生物相容性，能够模拟天然细胞外基质的环境，促进细胞的粘附、增殖和分化。我们将讨论这些材料的来源、制备方法、力学性能以及在心脏组织工程中的应用案例。 合成生物材料： 如聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）、聚己内酯（PCL）及其共聚物（PLGA）等。这些材料的力学性能和降解速率可以通过化学合成进行精确调控，具有良好的可设计性。我们将分析它们的优势、局限性以及与其他材料的结合应用。 水凝胶： 作为一类具有高含水量和良好生物相容性的材料，水凝胶在模拟细胞内液环境方面具有独特优势。我们将重点介绍不同类型的水凝胶（如明胶、藻酸盐、琼脂糖、PEG基水凝胶）在心脏组织工程中的应用，包括它们的流变学性质、交联方法以及作为载体输送细胞和生长因子的能力。 生物材料的特性与功能化： 力学性能的匹配： 心脏组织承受着巨大的机械负荷，因此支架材料的力学性能，如弹性模量、抗拉强度和断裂伸长率，需要与天然心肌组织相匹配，以保证构建的组织在生理条件下能够正常收缩和舒张。 孔隙率与通透性： 支架的孔隙结构对于细胞的侵润、营养物质的输送和代谢产物的清除至关重要。我们将讨论如何通过控制材料的制备工艺来优化支架的孔隙率和通透性。 生物活性因子的加载与释放： 为了促进细胞的增殖、分化和血管化，可以将生长因子（如VEGF、FGF、TGF-β）或细胞因子加载到支架材料中，通过可控的释放机制，在组织形成的各个阶段提供必要的生物信号。 导电性材料： 心肌细胞通过电信号的同步传递实现高效的收缩，因此开发具有导电性的生物材料，以模拟心肌的电生理特性，是构建功能性心脏组织的重要方向。我们将介绍导电聚合物、碳纳米材料等在心脏组织工程中的应用。 细胞在心脏组织工程中的应用： 心肌细胞与前体细胞： 原代心肌细胞： 从动物或患者体内分离的原代心肌细胞是构建功能性心脏组织的最直接细胞来源，它们具有成熟的心肌细胞标记物和收缩能力。但其体外扩增能力有限，且可能存在免疫原性问题。 胚胎干细胞（ESCs）与诱导多能干细胞（iPSCs）： ESCs和iPSCs具有无限增殖和分化为各种细胞类型的潜力，包括心肌细胞。iPSCs的优势在于可以从患者体细胞重编程而来，理论上可以规避免疫排斥。我们将深入探讨如何高效、安全地将ESCs和iPSCs诱导分化为心肌细胞，并评估它们的成熟度和功能。 间充质干细胞（MSCs）： MSCs具有免疫调节和旁分泌效应，可以通过释放神经营养因子、生长因子等，促进内源性细胞的修复和血管生成，并抑制纤维化。虽然其直接分化为心肌细胞的能力有限，但作为一种“旁分泌工厂”，在心血管再生中具有重要价值。 其他祖细胞： 如内皮祖细胞（EPCs）、骨髓单核细胞（MNCs）等，在血管生成和创面愈合中发挥作用。 细胞移植与体内整合： 细胞的注射与递送： 将细胞直接注射到受损心肌区域是目前最常用的方法之一。我们将讨论不同注射技术（如鞘内注射、心肌内注射）的优缺点，以及如何提高细胞的存活率和体内归巢能力。 细胞与支架的共培养： 将细胞与生物材料支架在体外进行预培养，构建“心脏补片”或“心脏组织工程产品”，再进行移植，可以提高细胞在体内的存活率和功能表达。 生物反应器与生物制造： 体外构建三维心脏组织的挑战： 心脏组织具有复杂的三维结构、多样的细胞类型以及精确的功能性要求，在体外进行高效构建面临诸多挑战，例如氧气和营养物质的均匀输送、代谢产物的有效清除、以及诱导细胞有序排列以形成同步收缩等。 生物反应器的设计与应用： 生物反应器提供了一个可控的环境，用于模拟体内生理条件，促进组织工程化过程。我们将探讨不同类型的生物反应器，如灌流式生物反应器、电刺激生物反应器、力学刺激生物反应器等，它们如何通过提供流体动力学、电学或机械刺激，促进细胞生长、分化和组织形成。 生物打印技术： 生物打印技术允许精确地将细胞、生物材料和生长因子按照预设的三维模型进行打印，为构建复杂的人工心脏组织提供了新的可能。我们将介绍生物打印的原理、常用的打印技术（如挤出式、喷墨式、激光辅助式）以及在心脏组织工程中的应用前景。 第三部分：临床应用与未来展望 本部分将聚焦于组织工程心血管疗法的临床转化，探讨当前的挑战、已有的临床试验以及未来的发展方向。 临床转化的挑战与机遇： 安全性与有效性的评估： 任何新的治疗方法在进入临床应用前，都需要经过严格的安全性（如致瘤性、免疫原性）和有效性（如心脏功能改善、死亡率降低）评估。我们将讨论如何在动物模型和人体临床试验中进行有效的评估。 大规模生产与标准化： 为了满足临床需求，组织工程产品需要实现规模化生产，并建立严格的质量控制标准，确保产品的均一性和可靠性。 监管审批流程： 创新疗法需要经过复杂的监管审批流程，如何与监管机构合作，加速审批过程，是实现临床转化的关键。 经济学可行性： 组织工程疗法的成本效益分析对于其在临床上的推广至关重要，需要考虑从研发、生产到临床应用的整个生命周期成本。 当前的临床试验进展： 心脏补片与心脏瓣膜的修复： 一些基于组织工程的心脏补片和人工心脏瓣膜已经进入了临床试验阶段，旨在修复或替换受损的心肌组织或心脏瓣膜。我们将回顾这些试验的设计、结果和潜在影响。 细胞疗法与基因疗法的结合： 将组织工程技术与细胞疗法、基因疗法相结合，有望进一步增强治疗效果。例如，通过基因修饰提高细胞的存活率、分化能力或分泌功能。 未来的发展方向： 全功能人工心脏的构建： 最终目标是构建能够完全替代或修复受损心脏的全功能人工心脏。这将是一个长期而艰巨的任务，需要整合组织工程、生物材料、电子工程、控制工程等多个领域的最新进展。 个性化再生医学： 利用患者自身的细胞（如iPSCs）构建个性化的组织工程产品，有望解决免疫排斥问题，提高治疗的精准性和有效性。 智能化与可控性： 开发能够感知体内环境并做出相应反应的智能化组织工程产品，例如能够根据心率和负荷自动调整收缩强度。 多器官联合再生： 随着对复杂疾病认识的深入，未来可能需要针对多个受损器官进行联合再生治疗，例如心脏与肾脏的联合修复。 结论 心血管疾病的再生治疗是医学领域一个极具挑战性但又充满希望的方向。组织工程学以其独特的跨学科方法，为我们提供了一套强有力的工具，用于构建能够修复或替换受损心肌组织的人工材料和细胞系统。从理解心肌损伤的复杂机制，到设计精密的生物材料和细胞策略，再到探索高效的体外构建方法和严格的临床转化路径，本书系统地梳理了这一领域的研究进展和未来趋势。 虽然前方仍有许多挑战需要克服，包括提高构建组织的成熟度、确保长期安全性、实现大规模生产以及优化临床应用流程，但随着科学技术的不断进步，我们有理由相信，基于组织工程的心血管再生疗法将在不久的将来为无数心血管疾病患者带来福音，重塑心脏健康，提升生命质量。本书期望能激发更多创新性的研究和开发，共同推动这一激动人心的领域向前发展。

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