组织工程——一门新兴交叉学科

生物工程的组织工程生物工程的组织工程在近年来得到了广泛的关注和研究，它是一门复杂而又具有重要意义的学科。

通过对生物体内各种组织的结构和功能进行研究，生物工程的组织工程致力于利用工程和生物学的原理来模拟和重建各种生物组织，为治疗疾病、再生医学和生物技术领域提供了巨大的发展空间。

一、组织工程的概念和发展历程组织工程是一门集生物学、医学、材料学和工程学于一体的跨学科领域，它的概念最早可以追溯到20世纪70年代。

随着科学技术的不断发展和进步，组织工程逐渐成为了生物工程领域的热点研究方向，其应用范围也日益扩大。

二、组织工程的核心技术和方法在生物工程的组织工程中，主要涉及到细胞培养、支架材料的选择、基因编辑技术、生物打印等多种核心技术和方法。

细胞培养技术是组织工程的基础，通过培养各种类型的细胞并控制其生长和分化，可以构建出各种不同类型的组织。

支架材料的选择在组织工程中至关重要，优异的支架材料可以提供细胞附着和生长的支持，促进组织的再生和修复。

生物打印技术则是近年来新兴的技术手段，可以实现三维结构的精确打印和定位，为组织工程提供了更多可能性。

三、组织工程在医学和生物技术领域的应用组织工程在医学领域有着广泛的应用前景，例如利用组织工程技术可以培育人工皮肤、修复受损器官、重建骨骼和软骨等。

此外，组织工程还可以帮助研究人员更好地理解和治疗各种疾病，为医学研究和诊疗提供更多可能性。

在生物技术领域，组织工程也发挥着重要作用，例如生物传感器、生物燃料电池、药物筛选等领域都离不开组织工程的支持。

四、组织工程面临的挑战和未来展望尽管组织工程的发展前景广阔，但也面临着一些挑战，例如细胞生长和定位的控制、支架材料的稳定性和生物相容性、生物打印技术的精度和速度等问题。

未来，随着科学技术的不断进步和突破，组织工程有望在医学和生物技术领域展现更大的潜力，为人类健康和生活质量带来更多的改善。

综上所述，生物工程的组织工程作为一门新兴的跨学科领域，在医学和生物技术领域具有重要的应用前景和发展空间。

组织工程在皮肤再生中的研究进展皮肤是人体最大的器官，它不仅起到保护身体内部组织和器官的作用，还参与调节体温、感知外界环境等重要生理过程。

然而，由于烧伤、创伤、慢性疾病等原因，皮肤受损的情况屡见不鲜。

传统的治疗方法如自体皮肤移植、异体皮肤移植等存在着供体不足、免疫排斥等问题。

组织工程的出现为皮肤再生带来了新的希望，其在皮肤再生领域的研究取得了显著的进展。

组织工程是一门融合了生物学、工程学和医学的交叉学科，旨在通过构建生物活性替代物来修复、维持或改善受损组织或器官的功能。

在皮肤再生方面，组织工程主要涉及种子细胞、支架材料以及细胞与支架材料的相互作用等关键要素。

种子细胞是皮肤组织工程的基础。

成纤维细胞是皮肤真皮层的主要细胞类型，能够合成胶原蛋白、弹性纤维等细胞外基质成分，对于维持皮肤的结构和功能起着重要作用。

角质形成细胞则是表皮层的主要细胞，负责形成皮肤的屏障功能。

此外，干细胞如间充质干细胞、表皮干细胞等也因其具有自我更新和多向分化的潜能而成为研究的热点。

这些干细胞可以分化为成纤维细胞、角质形成细胞等皮肤细胞类型，为皮肤再生提供了丰富的细胞来源。

支架材料为种子细胞的生长和分化提供了三维空间和适宜的微环境。

天然材料如胶原蛋白、透明质酸、壳聚糖等具有良好的生物相容性和生物可降解性，但力学性能相对较差。

合成材料如聚乳酸、聚乙醇酸等具有较好的力学性能和可调控性，但生物相容性有待提高。

为了克服单一材料的局限性，研究人员开发了多种复合材料，如胶原蛋白/聚乳酸复合支架、透明质酸/壳聚糖复合支架等，以更好地满足皮肤再生的需求。

细胞与支架材料的相互作用对于皮肤再生至关重要。

支架材料的表面形貌、孔隙率、孔径大小等物理特性以及化学组成都会影响细胞的黏附、增殖和分化。

例如，具有适当粗糙度和孔隙结构的支架材料有利于细胞的黏附和迁移，而表面修饰特定的生物活性分子如生长因子、多肽等可以促进细胞的功能表达。

此外，细胞在支架材料上的接种密度、接种方式以及培养条件等也会对皮肤再生的效果产生影响。

组织工程学的技术和应用前景随着科技的不断进步，组织工程学这一新兴领域开始引起人们的关注。

组织工程学是一门涉及生物学、材料科学、工程学、医学等多个学科知识的交叉领域，其主要目的在于研究利用生物材料和细胞培养技术来构造有机体组织、器官和医疗器械。

想必，它的未来发展必将离不开技术的创新和应用的开拓，本文将着重分析组织工程学的技术和应用前景两个方面。

一、技术发展1.生物打印技术生物打印技术是在3D打印的基础上，将可生物降解的生物材料或生物细胞填充到3D打印机中进行打印的技术，它可以将细胞和细胞外基质按照一定的结构和比例在三维空间中打印出组成人体组织或器官的生物构型。

生物打印技术已经被广泛应用于皮肤、心脏、肝脏、肾脏、耳朵等多个组织和器官的构建。

2.纳米技术纳米技术是近年来逐步兴起的一项科技，其研究主要涉及各种微小的物质与人体的交互，包括人体细胞、生物分子等。

纳米技术应用于组织工程学，可以制造出一些具有独特组织结构的生物材料和人工器官。

纳米技术的开发在人工耳蜗、心脏起搏器、关节替换等领域得到了广泛的应用。

3.再生医学再生医学的主要研究内容是利用组织工程学的技术手段和生物学原理来重构受损组织或器官的生物完整性以实现组织再生和备忘。

该技术已经成功地应用于人们的牙齿、角膜、骨骼、心脏和肾脏等多个人体组织或器官的治疗中。

4.干细胞技术干细胞技术是近年来备受关注的一项技术，其研究主要涉及利用某些类似初生细胞的细胞，将其植入到人体重建受损的组织或器官。

干细胞技术在未来已经被广泛应用于组织再生、器官修复和再生医学等领域。

二、应用前景1.医学领域在医学领域，组织工程学无疑会为人类医学健康事业的发展做出重要贡献。

通过微型结构和细胞的重组，可以制造出具有生物活性、功能活性和可替代的生物材料，这些材料可以用于人体组织和器官的再生和修复。

此外，组织工程学还可以应用于人体基因和细胞的研究，帮助研究人员深入理解人体的组织结构和功能机制。

组织工程学在医学中的应用与前景随着现代医学的不断发展，组织工程学技术在医学中的应用越来越广泛。

组织工程学是将生物学、化学、生物材料学、生物力学等学科相结合的一门交叉学科，其目的是通过对生物材料和细胞进行工程处理，创造出与人体相似的组织和器官，并促进其自我修复、重建。

这种技术被广泛应用于细胞生物学、药物开发和生物医学工程等领域，并具有许多潜在的临床应用。

一、组织工程学在医疗器械领域的应用组织工程学技术在医疗器械领域的应用主要是利用生物材料和生物力学原理，制造替代组织和器官的生物学材料。

这些生物学材料可以被植入人体进行治疗，例如利用3D打印技术制造出相应形状的假体材料，可用于植入患者骨骼、心脏、肝脏、眼睛以及其他组织。

这些假体材料可以缓解器官短缺问题，降低患者在等待器官移植时的死亡率，同时也可以帮助患者更好地恢复和重建受损的组织。

二、组织工程学在肿瘤治疗领域的应用组织工程学技术在肿瘤治疗领域的应用主要是通过工程处理细胞，开发治疗肿瘤相关疾病的方法。

其中，最常见和成功的方法是利用工程生物学技术，培育患者自身的细胞，创造出针对特定肿瘤的免疫细胞，在体外进行扩增和处理后植入患者体内。

这些工程生物学处理的细胞可以识别和摧毁针对患者的癌细胞，从而实现治疗肿瘤的效果。

这种方法是一种细胞疗法，尚未被广泛应用于临床，但被认为是未来肿瘤治疗的一种新型方法，非常具有前景。

三、组织工程学在肝脏治疗领域的应用组织工程学技术在肝脏治疗领域的应用主要是开发治疗肝脏相关疾病的方法。

例如，利用组织工程学技术，可以制造肝脏和胆管的生物学模型。

这种模型可以在体外种植患者的血管和血管形成细胞，然后在体内成长。

此后，这些肝组织可以被移植到患者的体内进行治疗，可以实现人体肝脏的自然重建。

这种方法在治疗众多疾病时都很有效，例如各种肝脏疾病、癌症以及救活受损肝脏的患者等。

四、组织工程学在生殖医学领域的应用组织工程学技术在生殖医学领域的应用主要是利用组织工程学的方法，开发与生殖有关的生物学材料和器官。

组织工程是什么？组织工程有哪些应用？聚焦医疗器械领域可转化的前沿技术项目入驻或宣传：[email protected]前言蜥蜴和壁虎在危机关头可以自主断尾，不日便自愈如初；蝾螈在短时间内可完整再生晶状体、角膜，尾巴、下肢和大部分心脏等器官，且不留疤痕。

这些存在与大自然生物中的奇妙能力，令人类既惊叹又羡慕。

壁虎断尾而人类是没有自主修复机体较大损伤的能力的。

大多数情况下，当疾病、创伤给机体造成较大损伤时，人类都无法像蝾螈等动物一样实现完整的自我修复和愈合。

但是，人类拥有这个星球上最发达的科学和技术。

组织工程技术领域的出现和发展，让人类拥有了“再生”的能力。

组织工程的先驱是美国的小儿外科医生Joseph P. Vacanti教授和化学生物工程师Robert Langer教授，他们在上世纪80年代开始进行组织工程研究，1993年首先在世界著名的《科学》杂志上介绍了其研究成果。

早期的组织工程研究只能在实验室的培养皿里产生一小块组织，并没有特定的形状。

而“组织工程”这一术语的正式提出，是由著名美籍华裔科学家Y. C. Fung教授实现的。

1987年“组织工程”一词被美国国家科学基金委员会正式确定下来。

20世纪90年代，当时还是一名学生的曹谊林教授在哈佛大学医学院实验室做研究。

在一次常规的实验室例会上，他从试验台下提出了一个笼子，里面养着一只长着人类耳朵裸鼠。

正是这只小鼠，引起了科学界和媒体的广泛关注，这项研究成果也成为组织工程领域一个标志性的成果。

“人耳鼠”下面让我们一起来了解一下，什么是组织工程，组织工程有哪些应用以及其广阔的市场。

一、组织工程是什么？组织工程（Tissue Engineering）属于再生医学领域，是一个多学科交叉的研究领域，它充分应用材料科学，生物科学，基础医学的原理，开发制造出具有生物活性的组织或器官替代物，用于保持，替代，修复，甚至于加强病变组织器官的功能。

组织工程三要素：细胞、支架材料、生长因子组织工程三要素：细胞、支架材料、生长因子。

组织的名词解释医学在医学领域中，组织是一个重要的概念。

它不仅仅涉及到人体内部的结构，也包括了从细胞到组织再到器官的层次，以及医疗机构的管理和运作方式。

本文将从不同角度解释组织在医学领域中的重要性和意义。

一、细胞组织细胞是生物体的基本单位，但单个细胞往往无法完成复杂的生理功能。

而细胞组织则由一群具有相似结构和功能的细胞组成，通过相互合作和协调来实现更复杂的生理过程。

例如，肌肉组织由众多肌纤维组成，它们协同收缩使得身体运动成为可能。

而神经组织则由神经元组成，它们相互连接形成复杂的神经网络，负责传递信息和控制身体的各种功能。

二、器官组织一个器官由不同的组织结构组成，从而完成特定的生理功能。

例如，心脏是由心肌组织、心血管组织和心脏神经组织等构成的。

心肌组织的收缩推动血液循环，心血管组织将氧气和营养物质输送到身体各处，而心脏神经组织则控制心脏的节律和收缩力度。

这些不同类型的组织相互协作，共同维持着器官的正常功能。

三、组织工程学组织工程学是一个新兴的交叉学科，它将细胞生物学、生物材料学和工程学等领域相结合，旨在利用细胞和生物材料构建功能性组织和器官。

如果一个人的器官出现损伤或功能障碍，传统的治疗方式是通过移植一个相似的器官来替代。

但是由于器官移植的供需矛盾和排斥反应问题，往往很难找到合适的供体。

而组织工程学的目标是通过在实验室中培养人工组织，为患者提供定制化的治疗方案。

例如，通过利用干细胞技术和生物材料，可以培养出与患者自身组织相似的肾脏、肝脏等器官，从而减少器官移植的需求和风险。

四、医疗机构的组织除了指代生物学上的结构外，组织在医学中还有着管理和运作机构的含义。

一个医疗机构的组织结构决定着它的管理方式和工作效率。

典型的医疗机构组织包括医院，它通常由管理层、医生、护士和行政人员等不同角色组成。

这些角色之间应该有良好的协调和合作，以确保医院的顺利运营。

良好的组织结构可以使得医疗机构在紧急情况下能够迅速响应和处理，提高医院的整体效率和患者满意度。

组织工程中的英文名词解释组织工程（tissue engineering）是一门交叉学科，旨在利用细胞和生物材料来创建替代体内脏器和组织的工艺。

该领域涉及多个学科领域，包括生物学、医学、化学和工程学等。

在组织工程中，有许多与这一领域相关的英文名词，以下将对其中几个重要的名词进行解释。

生物材料（biomaterials）是指那些用于修复、替代、增强或重塑生物组织和器官的物质。

这些材料可以是天然的，如骨骼、皮肤和血液等，也可以是人工合成的，如金属、塑料和陶瓷等。

生物材料必须具备与人体组织相容性，不引起免疫反应，并具有所需的生物功能和机械性能。

支架（scaffold）是一种将细胞组合成三维结构的支持材料。

支架提供细胞生长所需的物理和化学支持，并可以通过提供微环境来控制细胞的分化和功能。

支架可以通过各种材料制成，如天然聚合物、合成聚合物和生物陶瓷。

细胞培养（cell culture）是指在体外培养条件下维持和增殖活体细胞的过程。

细胞培养通常需要一定的生长培养基，其中包含维持细胞生长所需的营养物质和生长因子。

细胞培养是组织工程中制备组织或器官的重要步骤。

细胞移植（cell transplantation）是将体外培养的细胞或组织移植到体内的过程。

细胞移植可用于修复或替代受损组织，并且可以改善许多疾病的治疗效果。

细胞移植可以通过直接注射、植入支架或通过手术等方法进行。

生物陶瓷（bio-ceramics）是一类由人工合成的无机材料，具有生物活性和生物相容性。

生物陶瓷通常用于制备支架和人工骨髓等组织工程应用。

与其他生物材料相比，生物陶瓷具有良好的机械性能和生物活性，可促进骨组织的再生。

再生医学（regenerative medicine）是指通过利用生物学、工程学和医学知识修复或替代受损组织和器官的方法。

再生医学的目标是恢复受损组织的功能，并最终实现组织和器官的再生。

组织工程是再生医学的重要组成部分，通过组织工程技术可以构建人工组织或器官，并促进身体的自愈能力。

组织工程学的前沿技术及其未来发展方向组织工程学是一门综合了材料、细胞、生物和机械学等多个学科知识的交叉学科。

通过这门学科，人们可以了解生物体内细胞和组织间的相互作用，同时还可以设计和制造出生物相似物，以达到修复和替代受损组织的目的。

随着科技的发展，组织工程学技术也在不断进步，包括三维打印、纳米技术、基因编辑和干细胞技术等众多前沿技术。

下文将介绍这些前沿技术及其未来发展方向。

一、三维打印技术三维打印技术是组织工程学中使用最广泛的技术之一，它可以通过打印各种材料来制造出多层次的生物相似物，比如支持构架、血管和人工骨骼等。

近年来，三维打印技术还逐渐应用于生物材料的开发和细胞培养的制造。

该技术的一个主要优点是能够让医生根据患者特定的器官或组织的需求来制造相应形状和尺寸的材料。

未来，三维打印技术还将为大规模组织制造和代谢工程提供更多可能性，为医疗医生提供更准确的治疗方法。

二、纳米技术纳米技术是将物质制造至毫微尺度以便观察其性质和结构的一种技术，而当这种技术应用于组织工程学时，就可以使科学家们深入到组织和细胞水平，了解它们内部的作用机理。

此外，纳米技术也可以用于修复组织，包括细胞修复和DNA修复。

虽然目前纳米技术的应用还属于实验室阶段，但这个技术还有很大的发展潜力，未来在组织工程学方面的应用将会得到更广泛的推广和应用。

三、基因编辑技术基因编辑技术可以直接修改人类DNA序列，是一种广泛应用于组织工程学的技术。

该技术除了可用于治疗遗传疾病外，还可以通过改变细胞基因来增强它们的功能。

另外，人们还可以使用这种技术来改变细胞的分化状态，使之成为不同的细胞类型。

最近，人们在单个成体细胞内编辑基因的速度也在不断加快，这意味着未来将能够更快速而有效地用于组织工程学的研究和应用。

四、干细胞技术干细胞可以发展成为各种细胞类型，包括神经元和肌肉细胞等。

而干细胞技术是指通过多种方法培养、扩展和分化干细胞来制造出细胞和组织。

虽然该技术的应用范围仍然受到严格的限制，但这些限制正在逐渐被克服。

组织工程中血管化技术的研究进展组织工程是一门涉及生物学、医学和工程学的交叉学科，旨在构建具有生物活性和功能的组织或器官替代物，以修复或替代受损的组织和器官。

然而，在组织工程中，血管化一直是一个关键的挑战。

良好的血管化对于组织工程构建物的存活、营养物质供应和代谢废物排出至关重要。

在过去的几十年里，研究人员在组织工程中血管化技术方面取得了显著的进展。

早期的方法主要集中在简单的支架设计和细胞种植策略上，但这些方法往往无法有效地形成功能性的血管网络。

随着技术的不断发展，新的策略和方法不断涌现。

一种常见的血管化技术是基于生物材料的策略。

生物材料在血管化过程中起着重要的作用，它们不仅为细胞提供了支撑结构，还可以调节细胞的行为和功能。

例如，一些具有良好生物相容性和生物降解性的材料，如聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）和它们的共聚物（PLGA），被广泛应用于组织工程支架的制备。

这些材料可以被设计成具有特定的孔隙结构和力学性能，以促进血管内皮细胞的生长和迁移。

此外，生物材料还可以通过表面修饰来提高其血管化能力。

例如，在材料表面接枝一些生物活性分子，如血管内皮生长因子（VEGF）、纤维连接蛋白等，可以增强细胞的黏附和增殖，从而促进血管的形成。

同时，一些具有特定化学结构的材料，如肝素化的材料，可以通过与生长因子的结合来延长其生物活性，进一步促进血管化。

细胞种植技术也是血管化的重要手段之一。

传统的细胞种植方法往往存在细胞分布不均匀、存活率低等问题。

为了解决这些问题，研究人员开发了一系列新的细胞种植技术，如细胞打印技术。

细胞打印技术可以精确地控制细胞的分布和排列，从而构建出具有特定结构和功能的组织。

此外，通过将不同类型的细胞（如血管内皮细胞、平滑肌细胞和周细胞）共培养，可以模拟天然血管的结构和功能，促进血管的形成和稳定。

在血管化技术中，生物反应器的应用也为组织工程带来了新的机遇。

生物反应器可以为组织工程构建物提供动态的培养环境，模拟体内的生理条件。

组织工程技术的理论与应用随着医学和生物技术的飞速发展，人类对于细胞和组织工程学的研究又得到了新的进展。

组织工程技术是一门交叉学科，它集生物学、医学、工程学、材料学为一体，旨在探索和研发一种新型的治疗方法，以解决传统医学治疗无法解决的疾病问题。

本文将从理论和应用两个方面进行探讨，以期更加深入地了解组织工程技术。

一、理论探讨1. 组织工程技术的概念组织工程技术是一种利用生物材料和细胞工程方案，通过三维或二维矩阵构建细胞种植植入到体内来重建组织的一项技术。

其原理是将细胞和生物材料组合，在体外进行培养和加工，将细胞和生物材料通过3D打印或者手工方式制成人工组织，最终将这些人工组织移植到患部。

组织工程技术可以帮助病人重建缺失或损伤的组织，减轻患者的痛苦，恢复其生活能力。

2. 组织工程技术的动机组织工程技术起源于人体组织的自愈能力。

当人体受到某些伤害时，身体会利用自身的细胞并借助外部物质来进行修复。

然而，当组织受到严重损伤时，人体自身无法完成修复任务。

在这种情况下，组织工程技术就扮演了一个重要的角色。

它可以利用当地造血干细胞或异种组织来重建损伤的组织，从而达到替代现有手术方案的目的。

3. 组织工程技术的发展历程组织工程技术起源于20世纪70年代，起初是为了研发一种能够提高细胞和生物材料的生长和增殖能力的新型细胞培养技术。

之后，研究人员逐渐意识到其在医学领域中的潜力。

2001年，美国维吉尼亚理工学院的James Yoo博士成功地将细胞移植到了人体身上。

此后，组织工程技术在医疗中得到了广泛的应用，如人工角膜、人工心脏等。

二、应用探讨1. 组织工程技术的应用领域组织工程技术目前已经应用于多个领域，如肝细胞、骨组织、软骨、皮肤、心血管系统、神经系统等。

举例来说，组织工程技术已经成功地用于大面积烧伤患者的复苏和重建，胰岛细胞的治疗糖尿病，肺细胞的替代治疗以及造血干细胞的移植等。

2. 组织工程技术在临床应用中的挑战组织工程技术虽然有望为医学提供有效的治疗方法，但其在临床应用过程中仍存在一些挑战。

组织工程学的原理及应用介绍组织工程学是一种将生物学、工程学和医学相结合的交叉学科，旨在通过构建人工组织和器官来修复和替代受损的组织和器官。

该领域的发展对医学领域的创新和进步具有重要意义。

本文将介绍组织工程学的基本原理和其在医学领域中的应用。

组织工程学的原理组织工程学的基本原理是利用种种技术和方法来构建和培养人工组织和器官，以取代受损组织或器官。

它主要涉及以下几个方面的原理：1.细胞来源：组织工程学需要合适的细胞来源来构建人工组织和器官。

这些细胞可以来自患者自身、供体或者细胞库。

2.生物材料：为了提供支撑和提供细胞生长所需的环境，组织工程学使用各种生物材料，如支架、基质和载体。

3.生物力学：理解细胞和组织对力学和压力的响应对于组织工程学至关重要。

通过合理设计力学刺激，可以促进细胞生长和组织发育。

4.细胞信号：细胞与周围环境之间的相互作用非常重要。

组织工程学需要理解和模拟这些细胞信号的传递，以促进细胞增殖和分化。

5.3D打印技术：近年来，3D打印技术在组织工程学中的应用日益增多。

通过3D打印，可以精确地构建复杂的组织结构，为组织工程学的发展提供了新的可能性。

组织工程学的应用组织工程学在医学领域中有广泛的应用，对于许多疾病的治疗和修复有重要作用。

以下是一些典型的应用：1.组织修复：组织工程学可以用于修复各种受损的组织，如皮肤、骨骼和软组织。

通过构建适当的人工组织，可以加速受损组织的修复过程。

2.器官替代：组织工程学致力于构建人工器官，如肝脏、肾脏和心脏等。

这对于等待器官捐献者的患者来说具有重大意义，可以提供替代的器官来维持生命。

3.肿瘤治疗：组织工程学在肿瘤治疗方面也有关键的应用。

通过构建合适的人工组织，可以更好地模拟肿瘤的生长和扩散过程，从而研究肿瘤的发展机制和寻找新的治疗方法。

4.药物筛选：借助组织工程学的技术，可以模拟人体组织对药物的反应。

这使得科学家们可以更加准确地评估潜在药物的疗效和安全性，为药物研发提供了更可靠的平台。

组织工程研究进展 - 1 - 组织工程研究进展 史玉兰 张兴和 作者单位: 050081 石家庄 白求恩军医学院解剖教研室 【关键词】 组织工程;种子细胞;生物材料;进展 伴随医学科学的发展,器官移植技术已经较为广泛地应用于临床,但至今器官移植仍存在一些问题,其中最严重的是器官和组织短缺,供体不足。组织工程(Tissue engineering)的诞生与发展为人类再造各种人体组织和器官、解决棘手的器官移植供体短缺问题带来了希望。同时,推动了医学科学的发展。 一、组织工程概况 著名华人学者冯元祯1984年首次提出了组织工程概念[1]。组织工程是应用工程科学和生命科学的原理,开发用于恢复、维持及提高受损伤组织和器官功能的生物学替代物的科学。 . 1.1 研究方法和内容 组织工程作为一门多学科交叉的新兴边缘学科,它融合了细胞生物学、工程科学、材料科学和外科学等知识。其基本方法是将体外培养的高浓度的正常组织细胞扩增后吸附于一种生物相容性良好并可被机体降解吸收的生物材料上,形成具有三维空间结构的复合体。然后将这种细胞-生物材料复合体植入组织器官的病损部位,种植的细胞在生物材料被机体逐渐降解吸收过程中继续生长繁殖,形成新的具有相应形态和功能的组织和器官,达到修复创伤和重建功能的目的。组织工程的研究内容包括:①种子细胞的性质;②细胞外基质替代物(生物材料支架)的性质及选取;③种子细胞和细胞外支架材料的相互作用;④充分认识哺乳动物正常和病态组织或器官结构和功能关系,以研究工程组织对机体内各种病损组织的替代。 . 1.2 基本原理 在机体生长发育过程中,细胞在不同基因和细胞内外各种生物因子的共同作用下,定向聚集、凋亡和分化形成具有特定功能的组织器官。组织工程的原理,便是应用细胞生物学和工程学方法和手段,模拟体内的组织微环境条件,调控种子细胞在体外培养过程中的生长和分化。在体外构建含活细胞的工程组织,种子细胞的来源是关键问题。目前,种子细胞主要是分离、提纯的自体或异体组织的细胞,经过体外培养、扩增后达到一定数量。然后需要种植(吸附)到预先构建好的细胞外支架上,这种支架为细胞提供三维生长的依托。在适宜的组织工程研究进展 - 2 - 培养条件下,细胞沿细胞外支架迁移、铺展、生长和分化,最终发育形成具有特定形态功能的工程组织。因此,对细胞外支架(细胞外基质替代物)有严格的要求。 理想的细胞外基质替代物应具备以下特点:①良好的生物相容性,植入机体内不会因引起炎性反应和毒性反应而损害新组织的功能;②良好的可塑性,可以加工成特定的三维结构和形状,而且植入体内后仍可维持一定时期的形状,在新生组织完全形成以前有一定机械强度,为细胞生长提供三维支架;③可以被机体逐渐降解吸收,能彻底被新生的自然组织所替代,而且,支架的降解速率可根据不同细胞组织再生速度进行调整;④支架的表面化学特性和表面微结构适合细胞粘附,使不同类型细胞可以保持正确的接触方式,提供特殊的生长和分化信号使细胞能表达正确的基因和进行分化,并且维持已分化细胞的功能,从而形成具有特定功能的新生组织。 目前,构建支架的材料包括合成材料与天然材料。合成材料(高分子聚合物等)便于加工成各种形状,而且设计制造过程中能对材料的许多性能进行控制,如机械强度、亲水性、降解速率等;相对而言,天然材料不易提取和加工,而且其物理性能受到限制,但天然材料具有特殊的生物活性,通常不易引发受体的免疫排斥反应。因此将化学合成的高分子材料与天然成分偶联在一起形成的杂交材料比较理想[2]。其中合成材料具有高机械强度、可降解及易加工的性能,而天然成分包含细胞表面受体的特异识别位点,在调控细胞生长发育方面具有特殊生物活性,这对于构建复杂的组织具有重要作用。 体内组织的生长发育过程是在一定的内环境和理条件下进行的,因此工程组织体外培养条件需模拟在体内情况下的微环境。常规的体外培养方法不能提供组织正常生长发育所需的环境条件,通常细胞发生分化,培养的细胞失去原有的正常形态和功能性质[3]。所以需要通过特殊培养技术对种子细胞周围环境因素进行有效的调控。首先,维持恒定的pH值和气体分压[4],对培养液中所需各种营养物