1組織工程概論2012

張延芳組織工程

(TissueEngineering)廣東醫(yī)學(xué)院物理教研室哪些器官可以造？2007年11月25日，一位英國(guó)老人離開(kāi)了這個(gè)世界，享年68歲。這個(gè)年紀(jì)，在現(xiàn)代社會(huì)實(shí)在算不上高壽。然而，把時(shí)鐘撥回到2000年，那一年，皮特·霍頓（PeterHoughton）經(jīng)歷了一次嚴(yán)重的心臟病，醫(yī)生只許諾給了他6個(gè)星期的剩余生命。2000年6月20日，老霍頓被推出了英國(guó)牛津約翰拉德克利夫醫(yī)院的手術(shù)室，從那開(kāi)始，他成了一個(gè)“鐵了心”—準(zhǔn)確說(shuō)是“鈦了心”的男人。因?yàn)獒t(yī)生給他安裝了一個(gè)名為Jarvik2000的鈦金屬裝置，很多報(bào)道稱之為一顆人工心臟，其實(shí)這是不準(zhǔn)確的，它的確切名稱是左心室輔助裝置，簡(jiǎn)稱LVAD（leftventricularassistdevice）。

人造心臟的患者模擬圖一、什么是組織工程？組織工程是近年來(lái)正在興起的一門新學(xué)科，屬于生物高技術(shù)范疇。定義：應(yīng)用生命科學(xué)與工程學(xué)的原理與技術(shù)，在正確認(rèn)識(shí)哺乳動(dòng)物的正常及病理兩種狀態(tài)下的組織結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的基礎(chǔ)上，研究、開(kāi)發(fā)用于修復(fù)、維護(hù)、促進(jìn)人體各種組織或器官損傷后的功能和形態(tài)的生物替代物的一門新興學(xué)科。

Tissueengineering“Theapplicationoftheprinciplesandmethodsofengineeringandlifesciencestowardthefundamentalunderstandingofstructure-functionrelationshipsinnormalandpathologicalmammaliantissueandthedevelopmentofbiologicalsubstitutestorestore,maintain,orimprovetissuefunction.”

這個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)直到1987（1988）年才由加利福尼亞大學(xué)，圣地亞哥分校的Y.C.Fung教授在國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NationalScienceFoundation）會(huì)議上提出并確定下來(lái)，隨后這個(gè)領(lǐng)域如同雨后竹筍，有大量的研究開(kāi)展起來(lái)，各種技術(shù)得到建立，相關(guān)的公司出現(xiàn)。據(jù)1997年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在該領(lǐng)域注冊(cè)的公司有35家，每年有430萬(wàn)美元用于產(chǎn)品的研究和開(kāi)發(fā)。年增長(zhǎng)率為20%。組織工程處于傳統(tǒng)的醫(yī)藥工業(yè)和生物學(xué)革命之間，隨著分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)的快速發(fā)展，必將會(huì)產(chǎn)生新一代的組織器官，組織工程產(chǎn)業(yè)將產(chǎn)生數(shù)億美元的效益，預(yù)計(jì)到2020年將達(dá)到200億美元。1.組織工程學(xué)目標(biāo)：

干細(xì)胞變成人體器官

細(xì)胞的技術(shù)，具體方法是用生物可降解和相容性強(qiáng)的材料制造一種符合需要的器官或組織形態(tài)的支架，吸附在支架上面的干細(xì)胞按照特定的方式逐漸成長(zhǎng)為所需要的器官組織，好像一群泥瓦匠用混凝土蓋房子。

將體外培養(yǎng)擴(kuò)增的正常組織細(xì)胞，吸附于一種生物相容性良好并可被機(jī)體吸收的生物材料上形成復(fù)合物，將細(xì)胞-生物材料復(fù)合物植入機(jī)體組織、器官的病損病分，細(xì)胞在生物材料逐漸被機(jī)體降解吸收的過(guò)程中形成新的在形態(tài)和功能方面與相應(yīng)器官、組織相一致的組織，而達(dá)到修復(fù)創(chuàng)傷和重建功能的目的。2.基本原理和方法3.組織工程研究?jī)?nèi)容種子細(xì)胞研究細(xì)胞外基質(zhì)的研究（支架）組織器官的構(gòu)建組織工程臨床應(yīng)用

⑴種子細(xì)胞研究

種子細(xì)胞主要來(lái)源于自體、同種異體、異種組織細(xì)胞等。自體組織細(xì)胞應(yīng)為首選。

①載體等技術(shù)用于細(xì)胞的快速增殖;②干細(xì)胞工程;③采用各種生長(zhǎng)因子和端粒酶調(diào)節(jié)與延緩細(xì)胞的老化;④采用各種方法（包括自身轉(zhuǎn)化、化學(xué)、物理、病毒等方法）誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化，使其倍增時(shí)間減少，永生化或生命期延長(zhǎng)。⑶細(xì)胞外基質(zhì)的研究（支架）均質(zhì)狀態(tài)的基質(zhì)（蛋白多糖、糖蛋白）和細(xì)絲狀的膠原纖維,是細(xì)胞附著的基本框架和代謝場(chǎng)所，其形態(tài)和功能直接影響所構(gòu)成的組織形態(tài)和功能。理想的應(yīng)具有以下特點(diǎn)：①生物相容性好；②可吸收性；③可塑性；④表面化學(xué)特性和表面微結(jié)構(gòu)利于細(xì)胞的粘附和生長(zhǎng)；⑤降解速率可根據(jù)不同細(xì)胞的組織再生速率而進(jìn)行調(diào)整。組織工程所應(yīng)用的材料：

①天然ECM

：用膠原制作人工皮和血管的模型；②人工的ECM：聚乳酸、聚羥基乙酸、兩者的共聚物（PGA-PLA）、聚ρ-羥基丁酯（PHB）；聚乳酸-已內(nèi)酯的共聚物（PLC）、聚原酸酯、聚磷本酯、聚酸酐；③天然高分子合成高分子的復(fù)合物，如膠原-PCA的復(fù)合物等；④有機(jī)材料與無(wú)機(jī)材料的復(fù)合物，如羥基磷灰石-甲殼素的復(fù)合物，羥基磷灰石-PLA的復(fù)合物。⑶組織器官的構(gòu)建

①骨組織構(gòu)建：支架材料與成骨細(xì)胞；支架材料與生長(zhǎng)因子；支架材料與成骨細(xì)胞加生長(zhǎng)因子。

②組織工程血管構(gòu)建：血管壁中切取彈性基膜，并在其上培養(yǎng)動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞；或用I型膠原制備基質(zhì)材料與各型血管壁細(xì)胞成分合成血管模型。⑷組織工程臨床應(yīng)用

組織工程中臨床應(yīng)用是在組織構(gòu)建完成了動(dòng)物試驗(yàn)之后，在人體上的應(yīng)用，這也是組織工程的最后一步。目前，組織工程的研究只有活性皮膚達(dá)到了這一步。骨組織工程支架材料神經(jīng)組織工程支架材料血管組織工程支架材料肌腱組織工程支架材料皮膚組織工程支架材料角膜組織工程支架材料肝、胰、腎、泌尿系統(tǒng)組織工程支架材料二、組織工程支架材料必備的兩個(gè)功能

（1）有一定機(jī)械強(qiáng)度以支撐組織的高強(qiáng)度材料，以保證材料植入人體后，有支撐體的重量，不改變骨骼形狀。

（2）有一定生物活性可誘導(dǎo)細(xì)胞生長(zhǎng)、分化，并可被人體降解吸收。①骨組織工程支架材料

纖維蛋白凝膠、膠原凝膠、聚乳酸、聚醇酸及其共聚體、聚乳酸和聚羥基酸類、瓊脂糖、殼聚糖和透明質(zhì)酸等多糖類。分類：生物降解和非生物降解型高聚物（碳素纖維，滌綸，特氟?。饘俨牧希ú讳P鋼，鈷基合金，鈦合金），生物惰性陶瓷（氧化鋁，氧化鋅，碳化硅），生物活性陶瓷（生物玻璃，羥基磷灰石，磷酸鈣）等。1998年，一只背上長(zhǎng)著人耳朵的老鼠震撼了全世界.

曹誼林

國(guó)家組織工程中心主任、973計(jì)劃“組織工程學(xué)重要基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題研究”項(xiàng)目首席科學(xué)家，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院副院長(zhǎng)。

1989年，查爾斯·瓦康提正在作一項(xiàng)軟骨培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。軟骨是構(gòu)成我們關(guān)節(jié)面、耳朵、鼻尖、氣管的組成成分，也就是脆骨。在體內(nèi)，軟骨一旦損傷很難再生，特別是那些大關(guān)節(jié)的軟骨，由于軟骨磨損出現(xiàn)的關(guān)節(jié)病十分常見(jiàn)，其中又以膝關(guān)節(jié)軟骨損傷為甚。查爾斯在人體內(nèi)分離出那些可以分化成軟骨的細(xì)胞，作為種子，放置在用聚乙醇酸和聚乳酸編織的模板上。瓦康提和他的同事們終于制造出了一個(gè)大約3歲孩子的耳廓模型。瓦康提和他的同事選擇了裸鼠。裸鼠是一種特殊的實(shí)驗(yàn)鼠，它生來(lái)沒(méi)有胸腺，這使得它的免疫能力十分低下，至于無(wú)毛，那只是一個(gè)“贈(zèng)品”。幾乎沒(méi)有免疫力的裸鼠對(duì)于任何外來(lái)的細(xì)胞都沒(méi)有反抗能力，這使得它成了研究腫瘤和移植的最好樣本。曹誼林把模板固定在裸鼠背部皮膚之下，上面播撒上牛的成軟骨細(xì)胞。在裸鼠無(wú)私的滋養(yǎng)下，牛軟骨細(xì)胞逐漸長(zhǎng)滿了人耳模板，并逐步將其降解，最終成了一個(gè)長(zhǎng)在老鼠背上的“人耳朵”.”。2001年，已經(jīng)返回國(guó)內(nèi)的曹誼林教授接診了一名7歲的小男孩，他在一次車禍中失去了6厘米×6厘米大小的顱骨，這相當(dāng)于他顱骨面積的六分之一。傳統(tǒng)的做法是使用別的材料來(lái)修補(bǔ)這個(gè)破洞，但這個(gè)孩子還這么小，他的頭骨還會(huì)不斷地長(zhǎng)大。曹教授大膽借鑒了幾年前在裸鼠身上長(zhǎng)“人耳”的成功經(jīng)驗(yàn)，他首先給小患者作了詳細(xì)的頭部掃描，用計(jì)算機(jī)構(gòu)建出缺損顱骨的三維模型，然后用可降解材料制造一個(gè)相同立體結(jié)構(gòu)的模板。

圖一：一名7歲男孩沈某因車禍造成顱骨6×6厘米缺損圖二：采用組織工程技術(shù)構(gòu)建的顱骨移植修復(fù)，經(jīng)4個(gè)月隨訪，這塊占顱骨總面積達(dá)1／6的組織工程化顱骨在人體內(nèi)穩(wěn)定存在，生長(zhǎng)良好。從小男孩體內(nèi)提取出成骨細(xì)胞，種植在模板上，埋在小男孩體內(nèi)。待骨細(xì)胞已經(jīng)長(zhǎng)滿了模板，便將其取出修補(bǔ)在頭上的破損處。這樣，曹教授等于把因?yàn)檐嚨準(zhǔn)サ哪菈K骨頭又變了回來(lái)。這個(gè)成功的病例轟動(dòng)了世界。2008年11月英國(guó)著名的醫(yī)學(xué)雜志《柳葉刀》報(bào)道了一例人造氣管移植的成功病例。多國(guó)醫(yī)療團(tuán)隊(duì)成功地給一名因患肺結(jié)核導(dǎo)致左側(cè)氣管壞死的30歲女病人移植了一個(gè)人造氣管。與曹誼林教授的人造顱骨一樣，在個(gè)病例里，醫(yī)生們也提取了病人的成軟骨細(xì)胞，但他們沒(méi)有費(fèi)力制造模板，而是借了一個(gè)現(xiàn)成的用—醫(yī)生從一具捐贈(zèng)的遺體上切下7厘米長(zhǎng)的氣管，然后用各種酶消化掉了其中的細(xì)胞，僅僅留下細(xì)胞外基質(zhì)，這是一個(gè)完美的模板，同時(shí)由于沒(méi)有任何細(xì)胞，用這個(gè)模板生成的新氣管也不會(huì)出現(xiàn)移植排異反應(yīng)。

人造氣管劉鴻清是康奈爾大學(xué)生殖醫(yī)學(xué)中心生殖內(nèi)分泌實(shí)驗(yàn)室的主任，她和同事一起用膠原蛋白做模板，用子宮內(nèi)膜細(xì)胞做種子，培育出了微型的人類子宮和全尺寸的小鼠子宮。其中那個(gè)小鼠子宮孕育了一個(gè)小鼠胚胎—從受精卵到幾乎足月；而微型人類子宮也成功地讓一枚人的受精卵著床生長(zhǎng)了6天。有些人甚至已經(jīng)開(kāi)始擔(dān)心人造子宮將會(huì)給未來(lái)社會(huì)造成的種種麻煩了。人造子宮

比如，模擬血液的功能，可以制造、傳遞養(yǎng)料及廢物，并能與氧氣及二氧化碳自動(dòng)結(jié)合并分離的液態(tài)碳?xì)浠衔锶斯ぱ荒M腎功能，用多孔纖維增透膜制成血液過(guò)濾器；模擬肝臟，根據(jù)活性碳或離子交換樹(shù)脂吸附過(guò)濾有毒物質(zhì)；模擬心臟功能，用血液和單向?qū)?qū)動(dòng)裝置，組成人工心臟自動(dòng)循環(huán)器。

預(yù)計(jì)到21世紀(jì)中后期，除腦以外人的所有器官都可以用人工器官代替。

⑵神經(jīng)組織工程支架材料理想的人工神經(jīng)是一種特定的三維結(jié)構(gòu)支架的神經(jīng)導(dǎo)管，可接納再生軸突長(zhǎng)入，對(duì)軸突起機(jī)械引導(dǎo)作用，雪旺細(xì)胞支架內(nèi)有序地分布，分泌NTFs等發(fā)揮神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)作用，并表達(dá)CAM、分泌ECM，支持引導(dǎo)軸突再生。

以往用于橋接神經(jīng)缺損的神經(jīng)套管材料有硅膠管、聚四氟乙烯、聚交酯、殼聚糖等。目前用于人工神經(jīng)導(dǎo)管研究的可降解吸收材料有聚乙醇酸（PGA）、聚乳酸（PLA）及它們的共聚物等。神經(jīng)支架材料的功能有兩種（1）必須為神經(jīng)恢復(fù)提供所需的三維空間，即要保證神經(jīng)導(dǎo)管具有合適的強(qiáng)度、硬度和彈性，使神經(jīng)具有再生的通道。（2）要保證其有理想的雙層結(jié)構(gòu)：外層提供必要的強(qiáng)度，為毛細(xì)血管和纖維組織長(zhǎng)入提供營(yíng)養(yǎng)的大孔結(jié)構(gòu)；內(nèi)層則可起到防止結(jié)締組織長(zhǎng)入而起屏障作用的緊密結(jié)構(gòu)。

⑶血管組織工程支架材料

結(jié)構(gòu)分為雙層：內(nèi)層是與血液相容性好的生物活性材料，該類材料要求不僅具有生物活性，同時(shí)還要具有抗凝血和抗溶血作用。類型：最早的外層材料一般為尼龍、聚酯等無(wú)紡布或無(wú)紡網(wǎng)等。目前，該類材料應(yīng)用較多的為膠原或明膠蛋白包埋的或表面處理的可降解材料的無(wú)紡網(wǎng)，例如：聚乳酸、聚羥基酸和多肽等的無(wú)紡布無(wú)紡網(wǎng)等。⑷肌腱組織工程支架材料

肌腱與韌帶組織中的功能細(xì)胞分別是肌腱細(xì)胞和成纖維細(xì)胞，二者在組織來(lái)源上均屬成纖維細(xì)胞型，但肌腱細(xì)胞分泌Ｉ型膠原，而成纖維細(xì)胞分泌Ｉ、Ⅱ型膠原。因此，肌腱組織支架材料必須可降解，但一定要是降解時(shí)間較長(zhǎng)的材料。類型：20世紀(jì)70年代肌腱支架材料一般使用硅橡膠、尼龍聚酯、碳纖維等，目前使用的多是聚酯聚二氧雜環(huán)烷等。⑸皮膚組織工程支架材料⑹角膜組織工程支架材料

人工角膜材料要求透明，吸水，有一定的機(jī)械強(qiáng)度，屈光性好等特點(diǎn)，同時(shí)，要求可降解。以前常用的材料為聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，近來(lái)來(lái)，多采用膠原和聚醇酸等材料。⑺肝、胰、腎、泌尿系統(tǒng)組織工程支架材料

肝、胰、腎、泌尿系統(tǒng)使用的組織工程支架材料多為可降解材料，目前這方面研究和使用的材料，主要以天然蛋白、多糖與合成高聚物雜化的可降解材料。例如：用于肝組織工程支架的血纖維和聚乳酸，用于泌尿系統(tǒng)的聚乙醇酸等。⑻用于組織工程的新肽生物材料支架(1)易于設(shè)計(jì)和修飾的基本單元；(2)材料的生物降解速度可調(diào)控；(3)沒(méi)有細(xì)胞毒性；(4)具有能特異促進(jìn)或抑制細(xì)胞-材料相互作用的特性；(5)能引發(fā)的免疫反應(yīng)和炎癥最小；(6)材料的生產(chǎn)、純化和處理是容易的(7)與水溶液和生理?xiàng)l件的化學(xué)相容性。自然來(lái)源的材料幾種自然來(lái)源的動(dòng)物產(chǎn)物如基于膠原蛋白的生物支架，它們的衍生物和生物相容性同聚物已用于細(xì)胞吸附的支架。合成的肽生物材料支架合成生物材料的最大優(yōu)點(diǎn)是他們能被設(shè)計(jì)成符合特定的需要的東西。通過(guò)插入能促進(jìn)細(xì)胞吸附的生物活性基序的例子表明了這樣設(shè)計(jì)的可塑性。組織工程和修復(fù)生物材料已廣泛用于組織工程。最近在生物材料和細(xì)胞相互作用的工作集中在空腔（膀胱）和骨組織工程的生物材料的物理特性和維度。

設(shè)計(jì)更好的人工肽生物材料支架未來(lái)在合成的生物材料支架的工作將注重具有更復(fù)雜的材料幾何構(gòu)象和諸如更強(qiáng)的抗拉能力的生物材料的設(shè)計(jì)。將生物活性基序插入肽生物材料中將刺激編織這些材料成良好結(jié)構(gòu)的處理過(guò)程的發(fā)展。三、組織工程的任務(wù)與發(fā)展

制造可生物降解并且不會(huì)誘導(dǎo)瘢痕組織形成的新材料。

從骨髓中分離出細(xì)胞和起源細(xì)胞的培養(yǎng)物而同時(shí)又不含結(jié)締組織細(xì)胞如成纖維細(xì)胞。生物反應(yīng)器中大量培育細(xì)胞的更加先進(jìn)的方法。

組織工程產(chǎn)品在從工廠到手術(shù)室的途中以良好的功能狀態(tài)存活，不會(huì)在移植過(guò)程中死去。1、任務(wù)組織工程學(xué)在體外預(yù)先構(gòu)建一個(gè)有生物活性的種植體，然后植入體內(nèi)，修復(fù)組織缺損，替代組織、器官的一部分或全部功能，或作為一種體外裝置，暫時(shí)替代器官部分功能，達(dá)到提高生活、生存質(zhì)量，延長(zhǎng)生命活動(dòng)的目的。核心是活的細(xì)胞、可供細(xì)胞進(jìn)行生命活動(dòng)的支架材料以及細(xì)胞與支架材料的相互作用，這是組織工程學(xué)研究的主要科學(xué)問(wèn)題。2、組織工程學(xué)的發(fā)展①隨著人類物質(zhì)、文化生活水平的提高，對(duì)損傷、疾病的治療要求越來(lái)越高，不儀要求治好傷、病，還要求良好的功能及完美的外形，應(yīng)用傳統(tǒng)的治療方法難以達(dá)到如此完善的地步，需要尋找新的治療途徑。②科學(xué)技術(shù)總體水平的提高，為患者、醫(yī)生對(duì)治療提出的高要求有實(shí)現(xiàn)的可能，如完善的細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)和可控降解的高分子材料的問(wèn)世，為體外構(gòu)建“組織”、“器官”提供了條件。③高、新技術(shù)的開(kāi)發(fā)與利用是組織工程學(xué)研究的基礎(chǔ)，如基因工程技術(shù)、免疫隔離技術(shù)等為改造細(xì)胞提供了新方法。④巨大的市場(chǎng)需求為組織工程學(xué)發(fā)展注入了動(dòng)力。眾多的投資公司注入大量資本進(jìn)行組織工程學(xué)研究。這些是組織工程學(xué)研究發(fā)展的基礎(chǔ)與動(dòng)力。3.組織工程學(xué)研究的科學(xué)問(wèn)題A種子細(xì)胞的研究。B支架材料及細(xì)胞外基質(zhì)的研究。C體內(nèi)植入研究。D檢測(cè)方法及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。E臨床驗(yàn)證研究。F產(chǎn)業(yè)化研究。（1）種子細(xì)胞的研究

自體、異體、異種各種組織細(xì)胞的分離培養(yǎng)技術(shù)，細(xì)胞生物學(xué)行為，多種細(xì)胞的復(fù)合培養(yǎng)技術(shù)；細(xì)胞因子的有序作用、信息傳遞及其調(diào)控；建立實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞系，改造種子細(xì)胞，延長(zhǎng)細(xì)胞壽命及生存期；改變細(xì)胞表面結(jié)構(gòu)，研究細(xì)胞粘附及抗粘附力的技術(shù)及其影響機(jī)制；研究降低細(xì)胞抗原性及增強(qiáng)宿主免疫耐受的方法

1990年舉辦第一屆組織工程學(xué)術(shù)研討會(huì)，1995年發(fā)行專業(yè)期刊

TissueEngineering

人造組織目前發(fā)展方向：皮膚、神經(jīng)、肌肉骨骼系統(tǒng)(硬骨,軟骨,肌肉)、心血管系統(tǒng)(血管,心辦膜)、內(nèi)分泌器官(肝,胰,腎).人體組織由細(xì)胞及支撐細(xì)胞的細(xì)胞外間質(zhì)(extra-cellularmatrix)構(gòu)成

細(xì)胞必須能不斷進(jìn)行細(xì)胞周期(cellcycle)

，即不斷進(jìn)行細(xì)胞分裂，且必須能被調(diào)控分化成特定之組織之細(xì)胞。干細(xì)胞(stemcells)。體細(xì)胞(somaticcells)。（2）支架

組織生長(zhǎng)支架需求：

1.生物親和性

2.生物可降解性(biodegradable)

3.三維內(nèi)部連通孔隙

4.具備支撐強(qiáng)度如何更精確的控制組織生長(zhǎng)支架的降解與支撐強(qiáng)度間之關(guān)系?如何引導(dǎo)細(xì)胞向支架內(nèi)部及頂端生長(zhǎng)?如何增進(jìn)細(xì)胞的生長(zhǎng)效率?以非均質(zhì)性之支架結(jié)構(gòu)，控制不同時(shí)期的降解速率。以超音波或電磁場(chǎng)等物理源，配合支架中添加細(xì)胞黏附附蛋白，促進(jìn)細(xì)胞增生及導(dǎo)引細(xì)胞生長(zhǎng)方向。生物反應(yīng)器(bioreactor)系統(tǒng)做為組織工程培養(yǎng)系統(tǒng)。（3）解決方案：組織工程為解除病人痛苦提供了一種新的治療方法，更主要的是提出了復(fù)制“組織”、“器官”的新思想，它標(biāo)志著“生物科技人體時(shí)代”的到來(lái)，是“再生醫(yī)學(xué)的新時(shí)代”，是“一場(chǎng)深遠(yuǎn)的醫(yī)學(xué)革命”；因此，組織工程學(xué)一經(jīng)提出即受到各國(guó)科學(xué)家、政府、企業(yè)界的極大重視。

（4）經(jīng)濟(jì)效益組織工作研究具有巨大的潛在經(jīng)濟(jì)效益，因此引起美國(guó)企業(yè)界的極大重視。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在美國(guó)已有20多家上市公司為組織工程開(kāi)發(fā)、研究提供資金，一些大的公司投入數(shù)千萬(wàn)到2億美元進(jìn)行研究。據(jù)預(yù)測(cè)在今后幾年時(shí)間內(nèi)，組織工程產(chǎn)品將有800億美元的收入，成為美國(guó)經(jīng)濟(jì)的支柱性產(chǎn)業(yè)之一。（5）臨床應(yīng)用這一新興的研究領(lǐng)域涉及到了材料學(xué)、工程學(xué)及生命科學(xué)。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，包括基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的遺傳學(xué)、組織胚胎學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)等；在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域包括骨科、整形外科、胸外科、神經(jīng)外科、口腔頜面外科、五官科、普外科、康復(fù)醫(yī)學(xué)等。將骨生長(zhǎng)因子或干細(xì)胞植入一種做成特別形狀的孔狀材料中，制造新的下頜或肢體。一種能制造脛骨的產(chǎn)品正處在臨床試驗(yàn)中。

公司：CreativeBiomolecules,Orquest,SulzerOrthopedics,Biologics,GeneticsInstitute,OsirisTherapeutics,Regeneron。Organogenesis公司研制的與人類皮膚相同的Apligraf，是第一個(gè)獲得食品及藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)的人造組織。它最初用于治療腿部潰瘍，也可用于治療足部潰瘍和燒傷。

公司：Organogenesis,AdvancedTissueSciences,IntegraLifeSciences,LifeCell,OrtecInternational。從豬的身上提取大量的可制造胰島素的細(xì)胞，將其植入包膜中，然后注入人體腹部。這種方法已在動(dòng)物身上進(jìn)行了試驗(yàn)，在兩年內(nèi)可能用于人體臨床試驗(yàn)。

公司：BioHybridTechnologies,Neocrin,CirceBiomedical。

由第四軍醫(yī)大學(xué)組織工程與實(shí)驗(yàn)中心教授金巖和陜西艾爾膚組織工程有限公司的工程技術(shù)人員承擔(dān)的陜西省重大科技產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目“人造皮膚”，經(jīng)過(guò)十多年的努力，著重解決了大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、生物材料技術(shù)、培養(yǎng)系統(tǒng)技術(shù)和保存運(yùn)輸技術(shù)4項(xiàng)技術(shù)，申請(qǐng)了“組織工程皮膚的制備”等5項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利，完善了組織工程雙層皮膚新產(chǎn)品“安體膚”的生產(chǎn)工藝。國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局先后4次組織專家進(jìn)行嚴(yán)格評(píng)審，最近正式為人造皮膚頒發(fā)了醫(yī)療器械產(chǎn)品注冊(cè)證書(shū)。

陜西艾爾膚組織工程有限公司年產(chǎn)300萬(wàn)平方厘米組織工程皮膚產(chǎn)業(yè)化暨陜西省組織工程技術(shù)研究中心項(xiàng)目奠基。這是迄今為止我國(guó)唯一研究成功并具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的組織工程產(chǎn)品，標(biāo)志著我國(guó)組織工程產(chǎn)業(yè)的研究達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。據(jù)了解，該項(xiàng)目的研發(fā)工作始于1997年，2001年完成了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)；2002年列為國(guó)家“十五”863計(jì)劃項(xiàng)目；2004年底，完成了300余例臨床實(shí)驗(yàn)，取得理想效果；2007年11月獲得了SFDA頒發(fā)的產(chǎn)品注冊(cè)證書(shū)。作為陜西艾爾膚組織工程產(chǎn)業(yè)化基地的一期建設(shè)項(xiàng)目，本工程占地面積15.45畝，主廠房建筑面積約1萬(wàn)平方米，為三層砼框架結(jié)構(gòu)，項(xiàng)目總投資1.2億元，計(jì)劃今年8月竣工投產(chǎn)。達(dá)產(chǎn)后，可生產(chǎn)組織工程皮膚300萬(wàn)平方厘米、組織工程角膜1千枚、選擇性脫細(xì)胞雙層皮100萬(wàn)平方厘米，年銷售收入達(dá)到10億元以上。一項(xiàng)為期10年的制造心臟的首創(chuàng)行動(dòng)已拉開(kāi)序幕?；蚋脑旌蟮牡鞍踪|(zhì)已成功地被用于血管再生。

公司：Organogenesis,AdvancedTissueSciences,Genetech,LifeCell,Reprogenesis。

心臟瓣膜、動(dòng)脈及靜脈尿道從病人身上取出軟骨細(xì)胞，將它們放入一個(gè)較小的基質(zhì)中，然后植入受損的輸尿管中。從而使管壁增強(qiáng)，以阻止尿液回流及失禁。該方法已處于臨床試驗(yàn)后期。

公司：Reprogensis,IntegraLifeSciences。耳軟骨一種能夠使膝關(guān)節(jié)軟骨再生的產(chǎn)品已經(jīng)面市。已為一個(gè)男孩培養(yǎng)了一個(gè)胸廓并在裸鼠身上制造出了人耳。

公司：GenzymeTissue,Biomatrix,IntegraLifeSciences,AdvancedTissueSciences,ReGenBiologics,OsirisTherapeutics。

牙齒琺瑯質(zhì)基質(zhì)蛋白被用來(lái)填充齲齒洞，在狗身上已獲得成功。幾年后有望進(jìn)行人體試驗(yàn)。

公司：Biora,AtrixLaboratories,CreativeBioMolecules。乳房在臨床使用前的研究中，幾家公司已經(jīng)能夠通過(guò)植入一個(gè)軟骨球，制造一個(gè)裝飾乳頭。研究人員目前正在試圖培養(yǎng)一個(gè)完整的裝飾乳房。

公司：Reprogenesis,IntegraLifeSciences。肝臟制成一個(gè)海綿狀的包膜，然后將肝臟細(xì)胞植入其中。已培養(yǎng)出一個(gè)10美分大小的器官，但由于肝臟結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，要培養(yǎng)出整個(gè)肝臟可能要花10年的時(shí)間。

公司：AdvancedTissueSciences,HumanOrganSciences,Organogenesis。膀胱波士頓兒童醫(yī)院的醫(yī)生已用皮膚細(xì)胞培養(yǎng)出膀胱并將它們植入綿羊體內(nèi)。他們準(zhǔn)備將同樣的方法用于病人身上。

公司：Reprogenesis。脊髓神經(jīng)科學(xué)家們正在研究神經(jīng)生長(zhǎng)因子，并將其植入受損處，以促使神經(jīng)再生，或者將它們接種在可進(jìn)行生物降解的人工材料上并植入神經(jīng)缺損處。按此方法處理的老鼠已能夠再次行走。四、組織工程存在的問(wèn)題

盡管國(guó)內(nèi)外組織工程研究已經(jīng)取得令人矚目的階段性研究成果。目前利用細(xì)胞和可降解聚合物再造人體組織和器官的組織工程研究仍面臨眾多艱巨挑戰(zhàn)。1.移植細(xì)胞來(lái)源以及實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的商業(yè)化。2.研制具有完全仿生的人工ECM支架材料。3.組織工程化產(chǎn)品體外培育條件的優(yōu)化。4.為建造大的組織或器官提供血運(yùn)保障。5.建立組織工程產(chǎn)品的質(zhì)量控制體系。

應(yīng)用于組織工程的大多數(shù)載體材料可以歸納為兩類之一：合成材料；天然材料。

從仿生學(xué)角度分析，目前無(wú)論合成材料，或天然材料均不具備細(xì)胞外基質(zhì)的功能和作用，因此，研制新型仿生支架材料是組織工程支架材料的發(fā)展趨勢(shì)之一。

現(xiàn)在，研究人員正在試圖綜合上述兩類材料的最佳優(yōu)點(diǎn)，來(lái)設(shè)計(jì)具有特殊性能的新一代材料。例如，一些研究人員正在構(gòu)建含有模擬特定天然ECM活性區(qū)域的生物材料。

另外一些的科學(xué)家則正在試圖研制含有導(dǎo)電性的聚合物，這種材料可能在組織工程神經(jīng)生長(zhǎng)方面非常有用，或者研制能夠快速膠化的聚合物。

如何按照人體組織配件工廠要求，對(duì)組織工程化產(chǎn)品體外培育條件進(jìn)行優(yōu)化是組織工程研究面臨的挑戰(zhàn)之一。

目前，實(shí)驗(yàn)室條件下，進(jìn)行組織工程產(chǎn)品體外培育存許多問(wèn)題。在這種條件下產(chǎn)生的組織片常常比需要的薄，所建造的組織無(wú)論是在質(zhì)上或量上均難以完全滿足臨床實(shí)際需要，更無(wú)法進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。

國(guó)內(nèi)外研究人員目前正在研制、開(kāi)發(fā)能夠?yàn)轶w外生長(zhǎng)的人體組織提供最佳條件的裝置，其中，已經(jīng)研制的旋轉(zhuǎn)生物反應(yīng)器即是進(jìn)行細(xì)胞、組織體外培育的先進(jìn)裝置。

隨著培育組織在生物