生物工程领域的崭新前沿组织工程
作者：商庆新 曹谊林 张涤生 翁雨来
单位：商庆新 曹谊林 张涤生 翁雨来(上海第二医科大学附属第九人民医院整复外科 200011)
关键词：
实用美容整形外科杂志000201 20世纪生命科学领域中细胞生物学和分子生物学的两大飞跃，使人类对生命本质的认识达到了一个前所未有的高度，也使人类对健康、长寿和生命质量有了更高的追求。从对生命的认识发展到对生命质量的把握，是人类文明进步的必然需求和结果。21世纪将是人类以完善自我为目标，以生物工程为主趋势的生物世纪。
组织工程作为生物工程的主要内容之一，是继细胞生物学和分子生物学之后，生命科学发展史上又一新的里程碑，标志着医学将走出器官移植的范畴，步入制造组织和器官的新时代，从某种意义上讲，它已成为一个国家医学发展水平的标志之一。
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组织工程是在组织水平上操作的生物工程，主要致力于组织和器官的形成和再生。它的提出、建立和发展，是对外科领域中组织、器官缺损和功能障碍传统治疗方法和模式的一次革命性的挑战。同时组织工程是一门多学科交叉的边缘学科，将是21世纪具有巨大潜力的高技术产业，必将产生巨大的社会和经济效益。
组织工程是应用细胞生物学和工程学的原理，研究和开发、修复、改善损伤组织和功能的生物替代物的一门科学。其基本原理和方法是将体外培养扩增的正常组织细胞吸附于一种生物相容性良好并可被机体吸收的生物材料上形成复合物，将细胞-生物材料复合物植入机体组织、器官病损部位，细胞在生物材料逐渐被机体降解吸收的过程中形成新的具有形态和功能的相应组织、器官，达到修复创伤和重建功能的目的。
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。这一三维的空间结构为细胞提供了获取营养、气体交换、排泄废物和生长代谢的场所，也是形成新的具有形态和功能的组织、器官的物质基础。这与传统的二维结构(如细胞培养)有着本质的区别。其最大的优点在于：①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；②可取最少量的组织细胞(甚至可用组织穿刺的方法获得)，经体外培养扩增后，来修复大块的组织缺损，达到无损伤修复创伤和真正意义上的功能重建；③可按组织、器官缺损情况任意塑型，达到完美的形态修复。
, 百拇医药
“组织工程”一词是美国国家科学基金会于1987年正式提出和确定的。目前，美国已有相当数量的研究机构(包括NASA、DOE、NIH等)，许多相关大学(包括MIT、HMS、GIT、UCSD、UMAS等)以及许多公司(如Sandoz、Organogenesis、Advanced Tissue等)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。软骨、骨、肌腱等组织再生的成功，已展示了它广阔的发展前景；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生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。
我国学者曹谊林教授在国际上首次采用组织工程技术，在裸鼠体内构建了肌腱组织，特别是在裸鼠体内再生了人耳廓形态软骨，被誉为组织工程领域发展的新的里程碑，并因此获得国际整形外科学界最高荣誉奖—James Barrett Brown奖，成为获得这一奖项的第一位亚裔人。
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我国是一个人口大国，因创伤和疾病造成的组织、器官缺损和功能障碍位居世界之首。因此，在国内尽快建立和开展组织工程研究，加入这一领域的国际竞争并占有重要一席之地，对加快我国医学科学事业的发展，提高人民群众健康水平，促进国民经济高速发展，增强综合国力是十分迫切和必要的。
国内组织工程研究与国外相比起步稍晚，但近几年国家对组织工程给予了高度重视，国家高技术研究发展计划(863计划)、国家自然科学基金等部门已逐渐加大了对组织工程研究领域的资助，使国内在组织工程领域的研究工作具有了一定规模，并呈迅速发展的趋势。全国有30余家大专院校、科研机构和中国科学院所属的研究所开展了组织工程的研究，建立了一批各具特色的组织工程实验室，研究范围涉及临床医学、细胞生物学、分子生物学、高分子生物材料以及相关领域，与国外的差距正在逐渐缩短，在某些项目研究上已经达到或超过了世界先进水平，形成了一支以中青年为骨干的高水平的专业科研队伍。特别是以曹谊林教授作为首席科学家的国家重点基础研究发展规划项目(973项目)最近获得通过并已付诸实施，标志着我国组织工程研究已经进入了一个新时期，这必将成为一个新的契机，全面推动我国组织工程研究的开展。
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组织工程进一步研究的方向：
1 种子细胞的研究
种子细胞是组织工程的基本要素。某些种子细胞在体外培养过程中,经过一段时间后,细胞极易老化,从而丧失分泌基质的功能,因而难以从少量的组织经体外分离培养获得大量的组织细胞。因此,如何防止细胞功能老化和寻求广泛的细胞来源,是组织工程研究中首先需要解决的关键问题。胚胎干细胞、组织特异干细胞和同种异体细胞系的研究，以及采用细胞生长因子和断粒酶来调节和延缓细胞功能老化的研究，将是建立组织工程化组织种子细胞来源的有益的探索。
2 生物可降解材料的研究
生物可降解材料在组织工程研究中起着非常重要的作用，以组织工程为应用目的的生物材料应符合以下要求：①表面能使细胞粘附并生长；②植入体内后，高分子材料及其降解产物不会引起炎症及毒副作用；③材料能加工成三维结构；④为了保证细胞-高分子反应能大面积进行，并提供细胞外再生的足够空间，且在体外人工培养时有最小的扩散，材料孔隙率不得低于90%；⑤在完成组织再生后高分子能立即被机体吸收；⑥高分子支架的降解速率应控制在与不同组织细胞再生速度相匹配。
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3 组织工程化组织的构建
首先必须解决在具有免疫功能的动物体内构建组织并修复组织缺损，掌握组织、器官形成的过程和规律以及调控这一过程和规律的方法和技术，为进一步临床应用提供理论依据和参数。
组织工程是一个规模宏大的世纪项目，涉及生命科学、材料科学以及诸多相关学科。根据目前国内的条件，全方位的开展研究和试图全面发展是缺乏科学依据的。因此，必须遵循科学发展的客观规律，由浅入深，有点到面，步步深入，充分利用和发挥国内在相关研究方面的优势，“有所为，有所不为”，以目前组织工程研究中存在的制约组织工程发展的关键问题为主要突破方向，选择已具备相当研究基础、具有临床应用条件的内容为主要突破口，形成我国组织工程研究的优势和特色，抢占国际制高点,为我国下个世纪初在组织工程领域赶超国际先进水平奠定基础。
(收稿：2000-03-28), http://www.100md.com
单位：商庆新 曹谊林 张涤生 翁雨来(上海第二医科大学附属第九人民医院整复外科 200011)
关键词：
实用美容整形外科杂志000201 20世纪生命科学领域中细胞生物学和分子生物学的两大飞跃，使人类对生命本质的认识达到了一个前所未有的高度，也使人类对健康、长寿和生命质量有了更高的追求。从对生命的认识发展到对生命质量的把握，是人类文明进步的必然需求和结果。21世纪将是人类以完善自我为目标，以生物工程为主趋势的生物世纪。
组织工程作为生物工程的主要内容之一，是继细胞生物学和分子生物学之后，生命科学发展史上又一新的里程碑，标志着医学将走出器官移植的范畴，步入制造组织和器官的新时代，从某种意义上讲，它已成为一个国家医学发展水平的标志之一。
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组织工程是在组织水平上操作的生物工程，主要致力于组织和器官的形成和再生。它的提出、建立和发展，是对外科领域中组织、器官缺损和功能障碍传统治疗方法和模式的一次革命性的挑战。同时组织工程是一门多学科交叉的边缘学科，将是21世纪具有巨大潜力的高技术产业，必将产生巨大的社会和经济效益。
组织工程是应用细胞生物学和工程学的原理，研究和开发、修复、改善损伤组织和功能的生物替代物的一门科学。其基本原理和方法是将体外培养扩增的正常组织细胞吸附于一种生物相容性良好并可被机体吸收的生物材料上形成复合物，将细胞-生物材料复合物植入机体组织、器官病损部位，细胞在生物材料逐渐被机体降解吸收的过程中形成新的具有形态和功能的相应组织、器官，达到修复创伤和重建功能的目的。
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。这一三维的空间结构为细胞提供了获取营养、气体交换、排泄废物和生长代谢的场所，也是形成新的具有形态和功能的组织、器官的物质基础。这与传统的二维结构(如细胞培养)有着本质的区别。其最大的优点在于：①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；②可取最少量的组织细胞(甚至可用组织穿刺的方法获得)，经体外培养扩增后，来修复大块的组织缺损，达到无损伤修复创伤和真正意义上的功能重建；③可按组织、器官缺损情况任意塑型，达到完美的形态修复。
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“组织工程”一词是美国国家科学基金会于1987年正式提出和确定的。目前，美国已有相当数量的研究机构(包括NASA、DOE、NIH等)，许多相关大学(包括MIT、HMS、GIT、UCSD、UMAS等)以及许多公司(如Sandoz、Organogenesis、Advanced Tissue等)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。软骨、骨、肌腱等组织再生的成功，已展示了它广阔的发展前景；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生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。
我国学者曹谊林教授在国际上首次采用组织工程技术，在裸鼠体内构建了肌腱组织，特别是在裸鼠体内再生了人耳廓形态软骨，被誉为组织工程领域发展的新的里程碑，并因此获得国际整形外科学界最高荣誉奖—James Barrett Brown奖，成为获得这一奖项的第一位亚裔人。
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我国是一个人口大国，因创伤和疾病造成的组织、器官缺损和功能障碍位居世界之首。因此，在国内尽快建立和开展组织工程研究，加入这一领域的国际竞争并占有重要一席之地，对加快我国医学科学事业的发展，提高人民群众健康水平，促进国民经济高速发展，增强综合国力是十分迫切和必要的。
国内组织工程研究与国外相比起步稍晚，但近几年国家对组织工程给予了高度重视，国家高技术研究发展计划(863计划)、国家自然科学基金等部门已逐渐加大了对组织工程研究领域的资助，使国内在组织工程领域的研究工作具有了一定规模，并呈迅速发展的趋势。全国有30余家大专院校、科研机构和中国科学院所属的研究所开展了组织工程的研究，建立了一批各具特色的组织工程实验室，研究范围涉及临床医学、细胞生物学、分子生物学、高分子生物材料以及相关领域，与国外的差距正在逐渐缩短，在某些项目研究上已经达到或超过了世界先进水平，形成了一支以中青年为骨干的高水平的专业科研队伍。特别是以曹谊林教授作为首席科学家的国家重点基础研究发展规划项目(973项目)最近获得通过并已付诸实施，标志着我国组织工程研究已经进入了一个新时期，这必将成为一个新的契机，全面推动我国组织工程研究的开展。
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组织工程进一步研究的方向：
1 种子细胞的研究
种子细胞是组织工程的基本要素。某些种子细胞在体外培养过程中,经过一段时间后,细胞极易老化,从而丧失分泌基质的功能,因而难以从少量的组织经体外分离培养获得大量的组织细胞。因此,如何防止细胞功能老化和寻求广泛的细胞来源,是组织工程研究中首先需要解决的关键问题。胚胎干细胞、组织特异干细胞和同种异体细胞系的研究，以及采用细胞生长因子和断粒酶来调节和延缓细胞功能老化的研究，将是建立组织工程化组织种子细胞来源的有益的探索。
2 生物可降解材料的研究
生物可降解材料在组织工程研究中起着非常重要的作用，以组织工程为应用目的的生物材料应符合以下要求：①表面能使细胞粘附并生长；②植入体内后，高分子材料及其降解产物不会引起炎症及毒副作用；③材料能加工成三维结构；④为了保证细胞-高分子反应能大面积进行，并提供细胞外再生的足够空间，且在体外人工培养时有最小的扩散，材料孔隙率不得低于90%；⑤在完成组织再生后高分子能立即被机体吸收；⑥高分子支架的降解速率应控制在与不同组织细胞再生速度相匹配。
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3 组织工程化组织的构建
首先必须解决在具有免疫功能的动物体内构建组织并修复组织缺损，掌握组织、器官形成的过程和规律以及调控这一过程和规律的方法和技术，为进一步临床应用提供理论依据和参数。
组织工程是一个规模宏大的世纪项目，涉及生命科学、材料科学以及诸多相关学科。根据目前国内的条件，全方位的开展研究和试图全面发展是缺乏科学依据的。因此，必须遵循科学发展的客观规律，由浅入深，有点到面，步步深入，充分利用和发挥国内在相关研究方面的优势，“有所为，有所不为”，以目前组织工程研究中存在的制约组织工程发展的关键问题为主要突破方向，选择已具备相当研究基础、具有临床应用条件的内容为主要突破口，形成我国组织工程研究的优势和特色，抢占国际制高点,为我国下个世纪初在组织工程领域赶超国际先进水平奠定基础。
(收稿：2000-03-28), http://www.100md.com