2025年大學《分子科學與工程》專業(yè)題庫——分子生物工程在人工器官研究中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪項不是分子生物工程的核心技術？A.基因編輯B.細胞培養(yǎng)C.生物材料合成D.蛋白質工程2.在構建用于腎臟替代的人工器官時，分子生物工程技術主要可以用于改善哪方面的性能？A.器官的宏觀尺寸B.組織的過濾效率C.器官的機械強度D.器官的自動化控制3.CRISPR-Cas9技術最常被用于人工器官研究中的哪個環(huán)節(jié)？A.生產大量的生物材料支架B.改造種子細胞使其分化為特定功能細胞C.促進植入后血管的再生D.實時監(jiān)測器官內部的電信號4.下列哪種生物材料最不適合作為長期植入體內的人工器官支架？A.可生物降解的PLGA聚合物B.具有生物活性的殼聚糖C.金屬鈦合金D.透明質酸水凝膠5.人工肝支持系統(tǒng)（ArtificialLiverSupportSystem）主要利用了分子生物工程的哪種功能？A.基因治療B.細胞吸附與解毒C.3D打印組織D.藥物緩釋6.多能干細胞（如iPS細胞）在人工器官構建中的主要優(yōu)勢在于？A.成本低廉B.可獲得性高C.能夠分化成多種類型的功能細胞D.不存在免疫排斥風險7.為了提高人工器官移植后的成功率，分子生物工程可以采取的策略包括？A.設計具有免疫抑制功能的材料B.通過基因編輯降低宿主免疫反應C.使用自體細胞來源構建器官D.以上都是8.3D生物打印技術結合分子生物工程，主要應用于人工器官領域的哪個方面？A.大規(guī)模生產通用型器官B.構建具有復雜結構的組織替代物C.實現器官的遠程運輸D.降低器官構建的成本9.基因治療技術在人工心臟構建中可能的應用場景是？A.增強心肌細胞的收縮力B.促進心臟血管的再生C.防止心臟纖維化D.以上都是10.評價一個基于分子生物工程構建的人工器官是否成功，最重要的指標是？A.器官的制備成本B.器官的機械穩(wěn)定性C.器官能夠長期維持正常的生理功能D.器官外觀與天然器官的相似度二、填空題（每空1分，共15分）1.分子生物工程是利用__________、__________和__________等生物技術手段，在分子水平上對生物系統(tǒng)進行設計、改造和創(chuàng)造的一門綜合性學科。2.人工器官是指用__________材料部分或全部替代人體器官，以維持或恢復其特定功能的裝置。3.細胞工程是分子生物工程的重要分支，涉及細胞的分離、培養(yǎng)、__________、__________等技術。4.生物材料在人工器官中通常作為__________或__________提供支持。5.組織工程的目標是利用細胞和__________相結合的方式，構建具有特定功能的組織或器官替代物。6.基因編輯技術如CRISPR-Cas9為改造細胞__________提供了強大工具。7.3D生物打印技術能夠按照預定設計精確地逐層沉積細胞和__________，構建復雜的三維結構。8.解決人工器官的免疫排斥問題，除了使用__________細胞外，還可以通過基因編輯降低__________反應。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述基因工程在人工器官構建中可能的應用途徑。2.解釋什么是組織工程，并列舉其在人工器官研發(fā)中的兩個關鍵要素。3.闡述生物材料表面特性對細胞行為（如粘附、增殖、分化）的影響。4.指出利用分子生物工程技術構建人工器官面臨的主要挑戰(zhàn)之一，并簡要說明原因。四、論述題（每題15分，共30分）1.詳細論述干細胞技術（包括來源、類型、關鍵技術）在構建可替換受損組織的人工器官中的應用潛力和面臨的挑戰(zhàn)。2.結合具體實例，論述分子生物工程如何與其他學科（如材料科學、計算機科學）交叉融合，推動人工器官研發(fā)的進步。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.C5.B6.C7.D8.B9.D10.C二、填空題1.基因工程蛋白質工程細胞工程2.生物活性3.融合轉化4.細胞支架功能支架5.生物材料6.特性7.生物材料8.自體異體三、簡答題1.答案：基因工程可以通過修飾種子細胞的基因組，使其具備特定的功能（如分泌特定酶類或生長因子）、提高其分化效率、增強其存活能力或降低其免疫原性。也可以通過基因工程改造生物材料，使其能夠引導細胞特定分化或與細胞相互作用。解析思路：考察對基因工程基本原理及其在細胞和材料層面改造中的應用的理解。需要回答基因工程如何影響細胞（功能、命運、存活、免疫）以及如何影響材料（生物相容性、功能引導）。2.答案：組織工程是利用細胞和生物材料相結合的方式，在體外構建具有特定功能的組織或器官替代物的學科。其關鍵要素包括：具有所需功能的種子細胞、能夠支持細胞生長分化的生物材料支架、以及模擬體內微環(huán)境的培養(yǎng)系統(tǒng)或生長因子。解析思路：考察對組織工程定義和核心要素的掌握。需要準確描述組織工程的定義，并列出至少兩個關鍵組成部分（細胞和材料是基礎，培養(yǎng)系統(tǒng)/因子是重要輔助）。3.答案：生物材料表面特性，如表面化學組成（親疏水性、電荷）、表面形貌（粗糙度、孔徑）、表面能量等，會顯著影響細胞的粘附、鋪展、增殖、遷移、分化及凋亡等行為。例如，帶負電荷的表面通常利于細胞粘附，特定化學修飾可以增強細胞粘附或引導細胞分化。解析思路：考察對生物材料與細胞相互作用基本知識的理解。需要指出表面特性包含哪些方面，并舉例說明這些特性如何具體影響細胞的關鍵行為。4.答案：主要挑戰(zhàn)之一是構建具有與天然器官同等復雜結構和功能的、能夠長期在體內穩(wěn)定工作的組織器官。這涉及到細胞來源的穩(wěn)定性與安全性、如何精確控制細胞外基質的形成、如何實現有效的血管化以供氧供能、以及長期生物相容性和免疫排斥問題的徹底解決等。解析思路：考察對人工器官研發(fā)實際困難的認識。需要識別一個核心挑戰(zhàn)，并從細胞、結構、功能、血管化、免疫等方面展開簡要說明，體現問題的復雜性。四、論述題1.答案：干細胞技術具有巨大的應用潛力，因為它們具有自我更新和多向分化的能力，可以來源廣泛（如胚胎干細胞、誘導多能干細胞、成體干細胞），為構建各種類型的人體組織器官提供了細胞來源。通過體外擴增和定向分化，可以制備特定類型的細胞用于修復或替代受損組織。然而，面臨的挑戰(zhàn)包括：如何高效、安全、無異質性地將干細胞分化為所需的功能細胞（避免分化偏移或腫瘤風險）；如何構建能夠支持細胞有序分化、形成復雜三維結構的理想生物支架；如何解決移植后的免疫排斥問題（即使使用自體干細胞）；以及干細胞治療相關的倫理問題。解析思路：考察對干細胞技術在人工器官中應用的理解深度和廣度。需分兩部分回答：一是闡述干細胞技術的優(yōu)勢和應用潛力（來源、能力、應用方向）；二是深入分析其面臨的主要科學和臨床挑戰(zhàn)（分化、支架、免疫、倫理）。2.答案：分子生物工程與其他學科的交叉融合極大地推動了人工器官研發(fā)。例如，與材料科學結合，通過分子設計合成具有特定生物相容性、可降解性、力學性能和功能化表面（如細胞粘附位點、生長因子釋放）的生物材料，為細胞提供理想的“家”；與計算機科學/信息科學結合，發(fā)展3D建模、計算機輔助設計（CAD）和3D生物打印技術，能夠精確構建復雜的三維組織結構；結合控制理論，可以開發(fā)智能化的生物傳感器和執(zhí)行器，用于構建具有自我監(jiān)測和調節(jié)功能的仿生器官；結合納米技術，