组织工程

人体组织损伤、缺损会导致功能障碍。传统的修复方法是自体组织移植术，虽然可以取得满意疗效，但它是以牺牲自体健康组织为代价的“以伤治伤”的办法，会导致很多并发症及附加损伤；人的器官功能衰竭，采用药物治疗、暂时性替代疗法可挽救部分病人生命，对终末期病人采用同种异体器官移植可有较好疗效，但供体器官来源极为有限，因免疫排斥反应需长期使用免疫抑制剂，由此而带来的并发症有时是致命的。自80年代Robert Langer和Joseph P Vacanti首次提出"组织工程学"概念后，为众多的组织缺损、器官功能衰竭病人的治疗带来了曙光组织工程(Tissue Engineering)一词最早是在1987年美国科学基金会在华盛顿举办的生物工程小组会上提出，1988年正式定义为：应用生命科学与工程学的原理与技术，在正确认识哺乳动物的正常及病理两种状态下的组织结构与功能关系的基础上，研究、开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态的生物替代物的一门新兴学科。组织工程研究主要包括四个方面：干细胞、生物材料、构建组织和器官的方法和技术以以及组织工程的临床应用。目前临床上常用的组织修复途径大致有4种：即自体组织移植、同种异体组织移植，异种组织移植及应用人工或天然生物材料。这4种方法都分别存在不足，如免疫排斥反应（同种异体组织移植，异种组织移植，生物材料）及供体不足（自体组织移植、同种异体组织移植）等。组织工程的发展将从根本上解决组织和器官缺损所致的功能障碍或丧失治疗的问题。生物材料组织工程是目前研究最为广泛的组织工程方法，其三大要素是细胞、生物材料支架及讯息因子.细胞是生物工程的核心。细胞是生物体内最基本的功能单位，所以生物材料自身不能独立修复组织，而是需要帮助或者调控细胞工作进而使细胞修复组织。目前研究最多的是干细胞（stem cell)，可以分化成所有功能的细胞。传统的生物材料组织工程是将相关细胞植入生物材料支架内进行体外培养，等组织在体外发展到一定程度之后再将其植入体内。这种方法便于控制细胞在支架内的发展，可以使用相关的讯息因子进行体外控制。这种方法的问题就是等组织在体外发展好了再植入体内的时候，可能会发生排异现象。因为体外环境和体内环境有很大差异，不同的环境会严重影响组织发展。最新的生物材料组织工程不并用任何细胞，仅将材料植入体内。体内伤口处有大量的细胞具有回复组织的功能，如果材料适合这些细胞生长，这些细胞会迁移到支架内部，开始分泌细胞外组织，并最终修复组织。这种方法解决了前者排异性的问题，但是对材料本身的性质要求也大大提高。生物材料可分为非可降解材料（惰性陶瓷，金属合金，不可降解高分子）和可降解材料（可降解高分子，水凝胶，生物玻璃）两大类。其核心是建立由细胞和生物材料构成的三维空间复合体，这与传统的二维结构（如细胞培养）有着本质的区别。其最大优点是可形成具有生命力的活体组织，对病损组织进行形态、结构和功能的重建并达到永久性替代；用最少的组织细胞通过在体外培养扩增后，进行大块组织缺损的修复；可按组织器官缺损情况任意塑形，达到完美的形态修复。非可降解材料将永远才留在体内，而且生物材料往往不能完全替代生物组织的全部功能，比如自我更新，新陈代谢，随外界因素自我优化等。可降解材料如果实现降解速度和组织回复速度平衡，将有望完全回复原来的生物组织及其全部功能，是最为理想的生物工程材料。目前还没有这样的理想的生物材料能够完全的回复生物组织。细胞工作需要靠讯息因子的调控才能正常的工作。目前的生物材料主要靠植入后吸附讯息因子及运载讯息因子（植入前在体外载入，植入后缓慢释放，或者按照一定形式释放）两种方法通过讯息因子调控细胞工作从而修复生物组织。