人类机体再造的曙光组织工程
近日在北京民族文化宫举行的“2002年北京科技周”展会上，北京生物技术和新医药产业促进中心的展台前簇拥着许多的参观者。原来，大家在参观应用组织工程在裸鼠体内再造的组织工程化气管样软骨、应用组织工程化人工软骨成功修复羊肱骨关节软骨缺损的模型，还有不少人在向展位服务人员询问有关组织工程研究方面的情况。这个展位的负责人倪志强向记者介绍说，目前临床上常用的组织修复途径大致有3种：即自体组织移植、异体组织移植或应用人工代用品，但这三种方法都分别存在不足，如免疫排斥反应及供体不足等。组织工程(Tissue Engineering)是近年来刚刚兴起的一门新学科，它是应用生物学和工程学原理，用人工的方法在体外制造活的组织和器官，这一项技术被认为是21世纪世界十大生物技术之一。从目前研究的成果来看，利用组织工程技术从根本上解决人类组织和器官缺损所致的功能障碍或丧失治疗的问题将不会离我们太遥远。
什么是组织工程
组织工程一词最早是在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的，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。《组织工程学》(Skalak等著)的出版，标志着组织工程跨入了系统的学科性研究范畴。
, 百拇医药
组织工程研究的方法和特点
组织工程研究主要包括四个方面：种子细胞、生物材料、构建组织和器官的方法和技术以及组织工程的临床应用。它的基本方法就是将体外培养的高浓度组织细胞，扩增后吸附于一种生物相容性良好、并可被人体逐步降解吸收的细胞外基质上(这种基质材料可以为细胞提供生存的三维空间，有利于细胞获得足够的营养物质，进行气体交换，使细胞按预制形态的三维支架生长)。然后将这种细胞生物材料复合体植入机体病损部位，在生物支架降解吸收过程中，种植的细胞继续增生繁殖，就形成了新的具有其原来特殊功能和形态的相应组织和器官，于是就达到了修复创伤和重建功能的目的。
所以说，组织工程的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，其最大优点一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；二是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；第三，应用组织工程技术可按组织器官缺损情况任意塑形，从而达到完美的形态修复。
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组织工程在国际上的研究进展
据了解，组织工程的提出和建立虽然只有十多年的时间，但已在国际上得到迅猛发展，仅美国就集中了相当数量的研究机构(包括MIT、HMS、GIT、UCSD等)、公司(如Sandoz、Organogenesis、Advanced Tissue等)，其次是加拿大和日本。这些研究机构和公司在这一领域的许多方面取得了重大进展：他们培育的骨骼、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。1997年3月，世界上第一个组织工程产品——人工皮肤已经美国FDA批准上市。这种产品是器官基因公司培养出的，被称为“适移植”的活性皮肤，它由新生儿的包皮细胞培植而成，呈层状结构，与正常人的皮肤极为相似，能分泌人体皮肤胶原、生长因子和结构性蛋白，可与病人自身的皮肤很好地融合，不存在排异作用，就连病人自身的血管和色素也会逐渐转移到“适移植”活性皮肤中去，愈后不留瘢痕。另外，软骨组织工程产品现在也已经进入临床实验，估计在几年内就可应用于临床；组织工程化骨产品不久也将面世。
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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：早在1999年，哈佛医学院儿童医院的专家们就已将体外构建的组织工程化膀胱成功地应用于狗膀胱切除术后的治疗。这项研究的成功，预示了组织工程化产品良好的临床应用前景。另据报道，美国、加拿大的三个生物工程小组已预计耗资三十亿英磅在实验室内人工培育心脏、肝脏及肾脏。这一门新兴学科的发展是如此的迅速，难怪美国生物学家、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”。
尽管国外在组织工程研究领域已经取得了较大的进展，但是在大量组织工程产品进入临床应用之前，各国组织工程专家们还面临一些急需解决的问题：如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；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还是一项难题；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；目前研制出的各种组织替代物如皮肤、软骨等都只能替代缺损组织的部分功能，而且维持时间短，离永久性功能替代物尚有一段距离。
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我国的组织工程研究现状
我国组织工程研究起步较晚。1995年，国家自然科学基金委员会正式资助和启动了组织工程及相关领域的研究，建立了一批各具特色的组织工程实验室，并开展了多方面的研究。1999年，我国科技部将组织工程的基本科学问题列入了国家重点基础研究发展规划项目(“973”项目)。还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。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都已经取得阶段性研究成果。2001年，轰动全国的“背上长人耳的裸鼠”就是上海第九人民医院曹谊林教授在组织工程领域多年潜心研究的杰作，其技术已达到国际领先水平。我国在继世界上首次在裸鼠身上复制出“人耳”之后，军事医学科学院基础医学研究所目前又在裸鼠背上长成了一个比较“地道”的狗膀胱，表明了我国在个别器官再造研究领域也已达到了国际领先水平。最近，第一军医大学附属南方医院裴国献教授利用显微外科技术，构建了带血管的“人造羊骨”，并以此修复缺损的羊胫骨获得了成功，完成了从基础研究向临床过渡的关键一步。经权威鉴定，这是国际上首次在大动物体内初步构建成功带血管的组织工程化骨组织。
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尽管国内组织工程研究进展也较快速，但仍有诸多因素制约着组织工程产品产业化开发进程：由于国内支架材料研制水平较落后，众多国内医学研究单位目前还处于不断筛选细胞支架材料的初级研究阶段；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技术上的限制。例如，如何获得大规模生物学性状良好的自体细胞，如何将人骨髓间质干细胞定向诱导分化为目的细胞等；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；国内缺乏对再造的组织工程化人体组织或器官在生物学方面的评价；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。
虽然组织工程学在发展过程中不可避免地会遇到这样那样的问题，但我们相信，随着相关学科的不断发展，人类最终会逐渐克服目前存在的问题，为组织工程化产品的临床应用展开新的篇章，为生命科学带来新的、革命性的变化。, 百拇医药(白晓芸)
什么是组织工程
组织工程一词最早是在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的，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。《组织工程学》(Skalak等著)的出版，标志着组织工程跨入了系统的学科性研究范畴。
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组织工程研究的方法和特点
组织工程研究主要包括四个方面：种子细胞、生物材料、构建组织和器官的方法和技术以及组织工程的临床应用。它的基本方法就是将体外培养的高浓度组织细胞，扩增后吸附于一种生物相容性良好、并可被人体逐步降解吸收的细胞外基质上(这种基质材料可以为细胞提供生存的三维空间，有利于细胞获得足够的营养物质，进行气体交换，使细胞按预制形态的三维支架生长)。然后将这种细胞生物材料复合体植入机体病损部位，在生物支架降解吸收过程中，种植的细胞继续增生繁殖，就形成了新的具有其原来特殊功能和形态的相应组织和器官，于是就达到了修复创伤和重建功能的目的。
所以说，组织工程的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，其最大优点一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；二是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；第三，应用组织工程技术可按组织器官缺损情况任意塑形，从而达到完美的形态修复。
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组织工程在国际上的研究进展
据了解，组织工程的提出和建立虽然只有十多年的时间，但已在国际上得到迅猛发展，仅美国就集中了相当数量的研究机构(包括MIT、HMS、GIT、UCSD等)、公司(如Sandoz、Organogenesis、Advanced Tissue等)，其次是加拿大和日本。这些研究机构和公司在这一领域的许多方面取得了重大进展：他们培育的骨骼、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。1997年3月，世界上第一个组织工程产品——人工皮肤已经美国FDA批准上市。这种产品是器官基因公司培养出的，被称为“适移植”的活性皮肤，它由新生儿的包皮细胞培植而成，呈层状结构，与正常人的皮肤极为相似，能分泌人体皮肤胶原、生长因子和结构性蛋白，可与病人自身的皮肤很好地融合，不存在排异作用，就连病人自身的血管和色素也会逐渐转移到“适移植”活性皮肤中去，愈后不留瘢痕。另外，软骨组织工程产品现在也已经进入临床实验，估计在几年内就可应用于临床；组织工程化骨产品不久也将面世。
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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：早在1999年，哈佛医学院儿童医院的专家们就已将体外构建的组织工程化膀胱成功地应用于狗膀胱切除术后的治疗。这项研究的成功，预示了组织工程化产品良好的临床应用前景。另据报道，美国、加拿大的三个生物工程小组已预计耗资三十亿英磅在实验室内人工培育心脏、肝脏及肾脏。这一门新兴学科的发展是如此的迅速，难怪美国生物学家、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”。
尽管国外在组织工程研究领域已经取得了较大的进展，但是在大量组织工程产品进入临床应用之前，各国组织工程专家们还面临一些急需解决的问题：如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；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还是一项难题；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；目前研制出的各种组织替代物如皮肤、软骨等都只能替代缺损组织的部分功能，而且维持时间短，离永久性功能替代物尚有一段距离。
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我国的组织工程研究现状
我国组织工程研究起步较晚。1995年，国家自然科学基金委员会正式资助和启动了组织工程及相关领域的研究，建立了一批各具特色的组织工程实验室，并开展了多方面的研究。1999年，我国科技部将组织工程的基本科学问题列入了国家重点基础研究发展规划项目(“973”项目)。还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。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都已经取得阶段性研究成果。2001年，轰动全国的“背上长人耳的裸鼠”就是上海第九人民医院曹谊林教授在组织工程领域多年潜心研究的杰作，其技术已达到国际领先水平。我国在继世界上首次在裸鼠身上复制出“人耳”之后，军事医学科学院基础医学研究所目前又在裸鼠背上长成了一个比较“地道”的狗膀胱，表明了我国在个别器官再造研究领域也已达到了国际领先水平。最近，第一军医大学附属南方医院裴国献教授利用显微外科技术，构建了带血管的“人造羊骨”，并以此修复缺损的羊胫骨获得了成功，完成了从基础研究向临床过渡的关键一步。经权威鉴定，这是国际上首次在大动物体内初步构建成功带血管的组织工程化骨组织。
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尽管国内组织工程研究进展也较快速，但仍有诸多因素制约着组织工程产品产业化开发进程：由于国内支架材料研制水平较落后，众多国内医学研究单位目前还处于不断筛选细胞支架材料的初级研究阶段；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技术上的限制。例如，如何获得大规模生物学性状良好的自体细胞，如何将人骨髓间质干细胞定向诱导分化为目的细胞等；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；国内缺乏对再造的组织工程化人体组织或器官在生物学方面的评价；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。
虽然组织工程学在发展过程中不可避免地会遇到这样那样的问题，但我们相信，随着相关学科的不断发展，人类最终会逐渐克服目前存在的问题，为组织工程化产品的临床应用展开新的篇章，为生命科学带来新的、革命性的变化。, 百拇医药(白晓芸)