编辑推荐：
组织工程学是应用生物学和工程学的原理，研制和开发能够修复和改善损伤或缺失组织功能的人造组织或器官的一门新兴学科。组织工程的提出和建立只有10年时间，却得到了迅猛的发展：软骨、骨、肌健等组织再造的成功，已展示了其广阔的发展前景；血管、气管等复合组织的再生，标志着组织工程已由单一组织再造向复合组织预制迈出了重大一步，而在胰腺、肝脏等组织再生研究中取得的突破性进展，更向人们展示了人类有能力再生具有复杂组织结构和生理功能的器官。随着组织工程研究的不断深入和发展，它必将给生命科学带来革命性变化。
一、国外组织工程研究现状
1、 组织工程研究总体趋势
目前，美国已有相当数量的研究机构、许多相关大学及公司参与了组织工程研究，发展迅猛，在许多方面取得了重大进展。国际上在组织工程领域,研究最早和最多的是美国马萨诸塞州理工学院、波士顿哈佛大学医学院的组织工程实验室。目前上述研究单位正在进行体外培育人手的计划。
近年来组织工程研究即将进入鼎盛时期，许多国家新近成立的公司正在投入资金实现商品化。在美国，目前已经形成价值60亿美元的产业，并以每年25%的速度递增。培育的骨骼、软骨、血管、皮肤以及神经组织正在进行体内实验。再造的肝脏、胰脏、乳房、心脏、手指、角膜等正在实验室里生长成形。其中一种组织工程化皮肤产品已经实现商品化，正式进入临床应用。软骨组织工程产品已进入临床实验，在几年内就可应用于临床，临时的助肝装置正在进行临床实验，组织工程化骨产品不久也将面世。
目前国外不仅在人体组织再造领域取得了令人瞩目的成果，而且在个别器官再造研究领域也取得了明显进展：哈佛医学院儿童医院的专家们（1999年）在膀胱再造组织工程研究领域获得了令人瞩目的研究成果。Oberpenning将体外构建的组织工程化膀胱应用于狗膀胱切除术后的治疗，取得成功，预示了良好的临床应用前景。
其它组织的组织工程研究：应用组织工程技术，对输尿管、尿道、食管、小肠、肾脏、血管和血细胞等的组织工程化研究也取得了某些进展。
经过十年来的科研实践，国外从事组织工程研究的专家们逐步认识到，组织工程产品能否实现产业化，所面临的关键制约因素主要表现在如何实现种子细胞体外大规模扩增、如何提高支架材料生物相容性以及物理机械特性等方面，因此，近年来已经着力于上述关键制约因素的攻关，为组织工程产品产业化扫清道路。另外，国外目前为加速组织工程产品进入临床的速度，已经非常重视质量检测标准的制订工作。
考虑到最近所取得的进展，美国生物学家、诺贝尔奖获得者吉尔伯特认为，"用不了50年，人类将能够培育出人体的所有器官"。
2、 组织工程产品开发研究
组织工程正在美国、加拿大、日本和欧共体国家迅速发展，其中美国目前处于领先地位，在进行组织工程研究过程的过程中，注重产品产业化开发。美国大约有50余家公司从事组织工程产品的产业化，公司投入按20%增长。加拿大政府也注重组织工程产品的开发研究，仅对多伦多大学人工心脏的研究与开发一项研究的投入就达1亿加元。
以美国为例，部分组织工程产品营销情况：Interpore
公司研制的由珊瑚骨架衍生而来的骨组织工程支架材料1997年9个月的销售收入为950万美元，该公司正将人生长因子用于促进骨生长，可望3年内进入市场。组织工程人工皮肤产品年效益达750万美元，预计国际市场可达15亿美元。即将上市的组织工程化人工软骨产品国际市场预计10亿美元。据初步估计，到2020年美国组织工程产品市场可达180亿美元。
3、 组织工程种子细胞的研究
组织工程化人体组织或器官产业化生产的一个关键因素是植入足够数量的、不引起免疫反应的、具有再生活力的细胞。组织工程有多种细胞来源，但最佳方法是收获来源于病人的自体细胞，随后在体外进行一定的扩增。这是最佳选择，因为移植后不会引起免疫反应，但也有其局限性。多数情况下，仅有相对少的细胞可以收获，由于供体部位呈现一定程度的病态的原因。在疾病状态或老年病人，自体细胞可能不适合移植。
另一种方法就是使用来源于人类或动物的供体细胞。人们对基因工程动物进行了许多研究，以便能将它们的细胞和组织用作异种移植。然而，异种移植有严重缺陷，包括感染性病原体如病毒的传播，以及伦理、道德和社会问题，这使得人们对异种移植的热情有所下降。
另一种很有希望的方法是在组织工程中使用干细胞和/或先祖细胞。它们具有发育全能性或已经有一定程度的分化，但仍具有全能性（可形成不止一个细胞类型）。干细胞、先祖细胞尽管稀少，但在多种组织中都可以找到，可从病人体内分离后，在体外进行扩增培养，然后移植回与这种干细胞类型有关的组织中去。在适合的生物、物理和化学刺激下，先祖细胞能分化成局部组织的细胞，随后就可以修复组织。其中最有应用前景的干细胞是人骨髓间充质干细胞，能够定向诱导分化成成骨细胞、软骨细胞、肌腱细胞、脂肪细胞等。
4、 组织工程支架材料的研究
构建组织工程化人体组织或器官涉及种子细胞在生物反应器中大规模培养、扩增技术，生物力学信号施加和化学信使（生长因子或细胞因子）的控制释放技术等关键技术，而生物材料则是组织工程成败之关键因素。
以材料科学与工程科学观点，组织可视同细胞复合材料，它由起功能作用的细胞和其分泌的细胞外基质（ECMs）构成。1998年美国当代生物材料会议确认以往30余年来生物材料对临床影响不甚明显。这是因为生物材料设计与制备常以材料的物理和力学性能及易加工性出发，未从细胞生物学和分子生物学角度构思。因而将生物材料植入体内时，会被免疫分子和细胞视同异物而排斥。
随着组织工程的发展，对生物材料提出了挑战，不仅要求其生物安全性、生物相容性，更要求它植入体内能诱发所期望的宿主应答。
目前国际上用于细胞播植的支架材料多数学者采用聚酯类材料，这类材料存在一些固有不足，如具有亲油性、生物相容性及机械强度尚待改进等，而且还有体内降解过程中局部酸性产物蓄积等问题。基于这些原因，研究人员一方面探索对聚酯类材料进行表面修饰，同时也在积极寻找其它类型的支架材料。其中，已经引起研究人员关注的材料是可降解无机多孔陶瓷材料。该类材料具有良好的生物相容性和机械强度，同时又具有聚合物支架材料的可降解性，因此，在软骨和骨组织工程研究领域具有广阔应用前景。
二、国内组织工程研究现状
我国科技部1999年将组织工程的基本科学问题列入国家重点基础研究发展规划项目（973项目）。还将把组织工程产品列入"十五"期间863项目，增大投入达数亿元。国内各发达省、直辖市也非常重视组织工程研究。上海市科委在近年内投资2000万建成了上海市组织工程研究中心。天津市科委亦将组织工程相关产品如人工皮肤支架和骨修复材料等作为发展重点。
国内由于支架材料加工工艺仍较落后、实验条件的限制以及目前尚未解决如何获得大规模细胞来源的难题，组织工程总体研究水平尚处于起步阶段。
在国内研究基础较好的部分单位，如上海第九人民医院组织工程研究所、华西医科大学骨科以及军事医学科学院基础医学研究所在这一研究领域已经取得阶段性研究成果。其中，上海第九人民医院曹谊林教授在裸鼠体内再造出人耳廓样软骨，达到国际领先水平。军事医学科学院基础医学研究所目前已经掌握了构建人体软骨和骨组织的关键技术，在动物体内成功构建了气管软骨、关节软骨等。目前正在全力进行组织工程产业化关键技术的攻关，在组织工程种子细胞体外大规模扩增、骨髓间充质干细胞分离培养等关键技术领域已经取得突破性进展，有望在近年内开发出组织工程产品。
在支架材料研究领域，中科院化学所研制的聚合物支架材料处于国内领先水平，目前已经研制了系列聚合物支架材料。天津大学高分子研究所在支架材料表面修饰研究领域处于国内领先水平。
在组织工程力学研究领域，中科院力学所开展了大量组织工程产品相关力学研究，并研制了旋转生物反应器。目前处于国内领先水平。
在组织工程产品质量检测控制体系研究领域，中国药品生物制品检定所已经开展了大量的研究工作。该所目前负责各类组织工程产品质量检验工作。
三、存在的问题
尽管国外在组织工程研究领域已经取得明显进展，但是在大量组织工程产品进入临床应用之前，还面临许多问题：1）目前主要应用的各种支架材料生物学性能有待进一步提高。2）在种子细胞研究领域，如何获得大规模生物学性状良好的自体细胞仍是有待解决的难题之一。3）组织工程产品质量控制和生产标准化的研究，有待进一步深入研究。
近年来，尽管国内组织工程研究进展也较快速，但仍存在诸多因素制约着组织工程产品产业化开发进程1）由于国内支架材料研制水平较落后，因此，众多国内医学研究单位目前还在处于不断筛选细胞支架材料的初级研究阶段；2）在移植细胞研究领域，还有待克服所面临的基本细胞生物学限制，例如，如何获得大规模生物学性状良好的自体细胞，如何将人骨髓间充质干细胞定向诱导分化为目的细胞。3）目前在组织工程研究领域，对产品质量控制和生产标准化的研究一直未受到应有重视。4)缺乏对再造的组织工程化人体组织或器官在生物力学方面的评价。5）组织工程学是一门涉及多学科的新领域，需要众多不同领域专家协同攻关，而国内往往缺乏不同领域的有效协作，进而影响到组织工程产品的研制进程。
四、今后发展趋势
产品产业化生产和进入临床应用是组织工程研究的最终目的，因此，针对目前组织工程研究产业化面临的关键制约因素，近年来国际上组织工程研究的总体趋势表现在以下几个方面：
1） 重视组织工程种子细胞来源和大规模扩增的研究。在种子细胞体外大规模扩增研究领域、干细胞定向分化研究领域，注重关键技术上的突破。
2） 重视仿生型细胞外支架材料的研制。注重支架材料表面修饰、不同种类支架材料复合应用等。
3） 注重组织工程产品生产质量控制体系建立的研究。国内外均已经开始着手建立各种组织工程产品进入临床前的质量检测标准的制订。
4）
注重建立组织工程产品生物力学检测体系。由于组织工程产品生物力学性能的好坏，直接影响临床应用的效果，因此，对组织工程产品生物力学的研究已经逐步引起科研人员的关注
生物通微信公众号
生物通 版权所有
