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
单位：商庆新 曹谊林 张涤生(上海第二医科大学 组织工程研究中心 上海市组织工程研究重点实验室 上海第二医科大学附属第九人民医院 整复外科，上海200011)
关键词：组织工程；三维支架；组织器官再生；修复组织器官缺损
医学与哲学000202摘要：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。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。
中图分类号：R318.1 文献标识码：A
文章编号：1002-0772(2000)02-0005-03
, 百拇医药
Recent Leading Edge of Bioengineering:Tissue Engineering
SHANG Qing-xin CAO Yi-lin ZHANG Di-sheng
(The Nineth People's Hospital Affiliated Shanghai Second Medical University,Shanghai 200011,China)
Abstract：The major mission of this engineering is to reform and regenerate tissue and organ by bioengineering method at tissue level.It is a revolution of surgical means and mode to treat tissue defects and organ function disorder.Tissue engineering,as a high-tech industry correlation with a lot of other field,has enormity potential power,which will bring about substantial social and economic effectiveness.
, 百拇医药
Key Words：tissue engineering;three-dimensional scaffold;tissue and organ regeneration;repair of tissue and organ defects
1 组织工程研究现状
“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，发展迅猛，在许多方面取得了重大进展。
1.1 软骨的组织工程
软骨组织工程是第一种获得成功的组织工程化组织。Kim和Vacanti(1994)将可降解生物材料聚羟基乙酸(Poly glycolic acid PGA)用聚乳酸(Polylactic acid,PLA)塑形，制备载体支架，取新生小牛关节表面软骨细胞，以5×107/ml浓度接种于载体支架，形成细胞—生物材料复合物，在体外培养一周后，将这一复合物植入到裸鼠皮下。结果在第3、6、9、12周后所有36个标本均形成了新生软骨组织，并与其原植入复合物的形态相同。生物材料至第12周完全降解，并完全由新生软骨组织所替代。用5-溴脱氧尿核苷(Brdu)标记细胞，证实新生软骨组织是由植入的细胞形成。
, 百拇医药
Paige(1995)对可注射性生物材料作为细胞载体支架进行了研究，将含钙藻酸盐水凝胶与软骨细胞混合后，注射到裸鼠背部皮下，形成了新的软骨组织，可注射性生物材料与聚羟基乙酸相比较，操作较为方便，可不经体外培养而直接将复合物注射于体内，但塑型较为困难是其缺点。
组织工程化软骨组织的应用实验研究也相继有成功的报道。Puelacher(1994)在裸鼠体内进行了鼻中隔软骨和颞下颌关节软骨盘的研究；Grande(1995)以胶原作为载体支架修复兔关节表面软骨缺损，证明有软骨形成，但由于采用胶原作为支架，新生软骨的生化组成难以正确评价，同时缺乏长期随访资料；Vacanti(1994)在裸鼠体内形成了气管软骨环—柱状纤毛上皮复合组织，并在动物体内进行了气管缺损修复的实验研究。
曹谊林(1997)在生物材料塑型、细胞—生物材料复合物的体外培养以及植入方法和技术上进行了研究改进，在裸鼠体内形成了具有皮肤覆盖的人耳廓形态软骨，这标志着组织工程技术可以形成具有复杂表面结构的软骨组织，向人们展示了组织工程研究的广阔前景，被誉为组织工程研究的一个新的里程碑，使组织工程从基础研究向临床应用的努力方面迈出了重大一步。
, 百拇医药
1.2 骨的组织工程
目前骨的组织工程研究主要集中在两个方面：
一是骨组织诱导：使用一种多孔性、可降解支架来充填缺损，这种支架具有骨诱导和骨传导能力，能引发成骨细胞及该区域其它细胞长入并吸附于支架上。随着基质堆积，骨组织逐渐形成，并重新塑形。由于其具有愈合和重塑的潜力，使非有机组合的孔状物质随组织长入形成有机结构的骨组织，这类物质主要有生物陶瓷及聚延胡索酰丙烯(PPF)。
二是细胞传输：骨传导支架上的自体成骨细胞或成骨母细胞，对于骨缺损的愈合具有重要的功能，成骨细胞移植有助于骨组织长入和细胞外基质形成。移植细胞能释放广谱生长因子促进骨诱导和骨再生。多聚α-羟化酯是一种很有前途的细胞传输物质，其它具有传输细胞功能的物质有聚乳酸(PLA)，聚羟基乙酸(PGA)及聚乳酸和聚羟基乙酸的双聚合物。
Vacanti(1993)将牛成骨细胞接种于PGA无纺网内形成细胞—支架复合物植入裸鼠皮下形成了新的骨组织。早期标本中可见到软骨组织，以后逐渐形成成熟的骨组织，10周后标本具有骨的形态，其中有明显血管增殖、区域性的软骨膜内骨化、小的软骨岛及骨髓细胞成分。
, http://www.100md.com
Kim(1994)采用软骨细胞—PGA复合物和成骨细胞—PGA复合物修复裸鼠颅骨2cm×2cm的缺损，证明前者为软骨组织修复，后者为骨组织修复，而单纯聚合物充填和未做任何充填的缺损均未修复。曹谊林(1995)首次采用组织工程技术在裸鼠体内再生了带血管的骨组织并用于修复骨缺损，将体外培养的牛骨膜成骨细胞—PGA复合物植于裸大鼠右侧隐动、静脉血管束周围，6周时肉眼及组织学观察形成的组织主要由软骨构成，其中有骨样小岛。随着时间延长，骨样小岛逐渐形成带有血管蒂的有规则骨小梁的骨组织，表面有丰富的毛细血管出血。采用显微外科技术移植带血管蒂的新生骨组织修复股骨缺损，移植骨成活并有良好的界面愈合。
1.3 肌腱的组织工程
曹谊林(1995)取小牛肩、膝部的肌腱组织，将获得的肌腱细胞，接种于0.4cm×0.4cm索条状未编织的PGA网状支架上，体外培养1周后植入裸鼠皮下，结果在第6周标本中，支架四周排列着拉长的肌腱细胞，中心部分则显示较多的随意排列的肌腱细胞和细胞外基质。在第12周标本中，其四周和中心部分已完全和正常肌腱细胞相同。在采用纵形结构的PGA载体中，在第6周就出现了平行排列的肌腱细胞，它较任意排列的网状标本更加整齐一致。
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生物力学测定，存在有直线方向的牵拉应力，随时间延长而增强，8周时达到相同口径新鲜小牛肌腱拉力的30%，12周时达到70%。实验中还发现肌腱细胞极易和各种聚合物贴附。直线纵形的植入物，可更早地生长平行排列的新生肌腱细胞。显然，如时间较长，最终都可以产生同样形式的肌健特殊结构形态。
1.4 皮肤的组织工程
皮肤作为人体最大的组织，是与外界环境接触的屏障，具有重要的生理功能。人工真皮(Dermagraft)是利用组织工程技术形成商品化用于临床的真皮替代物，它可诱发正常的皮肤愈合过程，已用于治疗大面积烧伤病人的暂时性皮肤覆盖及慢性皮肤溃疡的治疗。人工真皮的基础是人二倍体成纤维细胞的培养，细胞来源于新生儿包皮按标准方法培养的成纤维细胞株。母血常规检测传染性疾病，培养细胞的初次筛选包括细菌、支原体及8种人病毒。取第三代细胞建立主细胞库，取第五代细胞建立操作者工作细胞库。将第八代细胞接种在聚合物支架上，此时细胞总数已倍增30倍，约为生长周期一半时的细胞型。这样一份包皮可制得250 000平方英尺的人工真皮，优于尸体皮移植，且安全。第一周几乎无胶原生成，而16～25天基质产生旺盛，胶原沉积可超过25天，但一般在胶原沉积速率较高时收获人工真皮。
, 百拇医药
用于治疗严重烧伤病人的人工真皮(Dermagraft-TC)是将上述人成纤维细胞接种到一层尼龙网上，表面粘贴一层薄的硅胶膜。尼龙网构成了人工真皮组织生长的三维空间，硅胶膜则充当人工表皮，可阻止液体丢失。在生长期末封闭每个生物反应体或反应盒，进行包装。密封盒储存于-70℃冰箱内供临床医师使用。临床对10例烧伤病人采用Dermagraft-TC和尸体皮同时治疗，结果前者可覆盖创面达6周以上，后者可覆盖创面2～4周，显示人工真皮对创面覆盖的良好效果。
治疗皮肤慢性溃疡采用与Dermagraft-TC相似的一种新生儿成纤维细胞产品即Dermagraft-Ulcer，可极大地改善目前对慢性皮肤溃疡的治疗效果。此产品可冻存，供医师直接使用。在一组50例病人的临床前期试验中，结果50%的创面愈合，而接受常规治疗的对照组仅8%创面愈合，治疗组随访4个月～1年，均未复发。在一组静脉性溃疡的治疗中，Dermagraft-Ulcer治疗组复发率为6.3%，而对照组复发率为19.7%。
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1.5 肝脏的组织工程
肝脏的组织工程研究起始于90年代，研究目前集中在三个方面，即体外系统和植入性应用系统。
体外系统适用于肝脏功能正在恢复中的病人，它的优点是(1)可以更好地控制细胞周围系统的介质，例如获得改善氧和营养物质及废物的交换运输功能；(2)更好地控制使用时间和应用阶段；(3)降低排异反应，因为病人的白血球可以用血浆去除法所分离。
肝细胞植入法则有成为永久性肝脏替代体的可能。目前实验方法是将肝脏细胞植入一种附着于微孔支架、有包囊、可降解的聚合物载体上，制成人造肝脏。在这种特殊设计下，肝细胞可以分泌蛋白质及其他肝功能标记物，同时能清除胆红质和尿素代谢产物。所应用的载体是一种多孔碳水化合物衍生基质聚苯乙烯(Polystyrene)海绵。实验中，肝细胞可以增生和分泌蛋白质。此种多孔海绵载体可望培养出大量肝细胞。
, 百拇医药 此外，肝细胞的移植成功与否还依赖许多关键性问题：
(1)肝细胞必须先在体外培养，然后移植于体内。肝细胞必须置于二层去水胶原夹持之间，才有分泌功能。(2)肝细胞必须和聚合物紧密相贴，才可能维持它的分泌功能。(3)肝细胞必须移植于有充分血供的条件下以供应氧及营养物质。(4)肝细胞必须繁殖到足够的数量，以维持必需的代谢功能。(5)肝细胞移植的目前水平尚不能替代肝脏所有复杂的结构、形态和功能。
1.6 胰腺的组织工程
胰腺功能消退或丧失迄今尚没有重建和再生的方法。应用组织工程技术给胰腺的康复带来了希望。实验工作已经开始，初步得出的结论是，胰腺细胞必须放置于一层聚合物的膜囊中进行培养，以防止产生排异反应。目前有3种实验方法正在进行中。
(1)Sullivan(1991)先将可降解聚合物制成膜管，绕成螺旋状，再将胰岛细胞种植包埋于其内；将此膜管和另一个聚合物结合，然后移植入体内，再接连一个连接血管的装置；这种膜管允许葡萄糖和胰岛素进行渗透作用，但可阻止抗体和淋巴细胞进入，他在一只切除胰腺的实验犬中使用此装置，可维持正常血糖浓度达150天之久。(2)将含有小白鼠胰岛细胞的中空纤维固定于多糖藻酸盐中，将此装置置入患鼠的腹腔中，可降低血糖，并延续60天以上，证明有良好的生物相容性。(3)将动物的胰岛细胞放入用藻酸盐或多晶体(polyerylates)制成的微小包囊中，可在动物体内维持正常血糖达2年以上。
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到目前为止，以上3种方法首先必需的条件是有大量的、可靠的胰岛细胞来源，这是困难之处。在一些实验室中，已有人使用了猪胰岛细胞进行研究。
1.7 其他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。
2 组织工程进一步研究的方向
2.1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，以同种异体组织作为种子细胞来源目前已作了大量的研究，特别是同种异体软骨组织有望获得成功。另外，采用细胞生长因子和端粒酶来调节和延缓细胞功能老化，也是一种有希望的探索。
, 百拇医药
2.2 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，它是组织工程实现产业化的关键。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。
目前已开发应用于组织工程的生物可降解材料主要是化学合成的生物降解材料，主要为聚乳酸和聚羟基乙酸等，并形成了多种品种，但目前应用的生物可降解材料在生物相容性、理化性能、降解速率的控制及缓释性方面尚有许多问题未得到解决。因此，对生物可降解材料特别是以组织工程为主要应用背景的生物材料研究开发的投入已刻不容缓，它关系到国家和民族的根本利益。
作者简介：商庆新(1957～)，男，博士学位，上海第二医科大学附属第九人民医院教授，硕士生导师。
收稿日期：1999-12-04, http://www.100md.com
单位：商庆新 曹谊林 张涤生(上海第二医科大学 组织工程研究中心 上海市组织工程研究重点实验室 上海第二医科大学附属第九人民医院 整复外科，上海200011)
关键词：组织工程；三维支架；组织器官再生；修复组织器官缺损
医学与哲学000202摘要：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。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。
中图分类号：R318.1 文献标识码：A
文章编号：1002-0772(2000)02-0005-03
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Recent Leading Edge of Bioengineering:Tissue Engineering
SHANG Qing-xin CAO Yi-lin ZHANG Di-sheng
(The Nineth People's Hospital Affiliated Shanghai Second Medical University,Shanghai 200011,China)
Abstract：The major mission of this engineering is to reform and regenerate tissue and organ by bioengineering method at tissue level.It is a revolution of surgical means and mode to treat tissue defects and organ function disorder.Tissue engineering,as a high-tech industry correlation with a lot of other field,has enormity potential power,which will bring about substantial social and economic effectiveness.
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Key Words：tissue engineering;three-dimensional scaffold;tissue and organ regeneration;repair of tissue and organ defects
1 组织工程研究现状
“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，发展迅猛，在许多方面取得了重大进展。
1.1 软骨的组织工程
软骨组织工程是第一种获得成功的组织工程化组织。Kim和Vacanti(1994)将可降解生物材料聚羟基乙酸(Poly glycolic acid PGA)用聚乳酸(Polylactic acid,PLA)塑形，制备载体支架，取新生小牛关节表面软骨细胞，以5×107/ml浓度接种于载体支架，形成细胞—生物材料复合物，在体外培养一周后，将这一复合物植入到裸鼠皮下。结果在第3、6、9、12周后所有36个标本均形成了新生软骨组织，并与其原植入复合物的形态相同。生物材料至第12周完全降解，并完全由新生软骨组织所替代。用5-溴脱氧尿核苷(Brdu)标记细胞，证实新生软骨组织是由植入的细胞形成。
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Paige(1995)对可注射性生物材料作为细胞载体支架进行了研究，将含钙藻酸盐水凝胶与软骨细胞混合后，注射到裸鼠背部皮下，形成了新的软骨组织，可注射性生物材料与聚羟基乙酸相比较，操作较为方便，可不经体外培养而直接将复合物注射于体内，但塑型较为困难是其缺点。
组织工程化软骨组织的应用实验研究也相继有成功的报道。Puelacher(1994)在裸鼠体内进行了鼻中隔软骨和颞下颌关节软骨盘的研究；Grande(1995)以胶原作为载体支架修复兔关节表面软骨缺损，证明有软骨形成，但由于采用胶原作为支架，新生软骨的生化组成难以正确评价，同时缺乏长期随访资料；Vacanti(1994)在裸鼠体内形成了气管软骨环—柱状纤毛上皮复合组织，并在动物体内进行了气管缺损修复的实验研究。
曹谊林(1997)在生物材料塑型、细胞—生物材料复合物的体外培养以及植入方法和技术上进行了研究改进，在裸鼠体内形成了具有皮肤覆盖的人耳廓形态软骨，这标志着组织工程技术可以形成具有复杂表面结构的软骨组织，向人们展示了组织工程研究的广阔前景，被誉为组织工程研究的一个新的里程碑，使组织工程从基础研究向临床应用的努力方面迈出了重大一步。
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1.2 骨的组织工程
目前骨的组织工程研究主要集中在两个方面：
一是骨组织诱导：使用一种多孔性、可降解支架来充填缺损，这种支架具有骨诱导和骨传导能力，能引发成骨细胞及该区域其它细胞长入并吸附于支架上。随着基质堆积，骨组织逐渐形成，并重新塑形。由于其具有愈合和重塑的潜力，使非有机组合的孔状物质随组织长入形成有机结构的骨组织，这类物质主要有生物陶瓷及聚延胡索酰丙烯(PPF)。
二是细胞传输：骨传导支架上的自体成骨细胞或成骨母细胞，对于骨缺损的愈合具有重要的功能，成骨细胞移植有助于骨组织长入和细胞外基质形成。移植细胞能释放广谱生长因子促进骨诱导和骨再生。多聚α-羟化酯是一种很有前途的细胞传输物质，其它具有传输细胞功能的物质有聚乳酸(PLA)，聚羟基乙酸(PGA)及聚乳酸和聚羟基乙酸的双聚合物。
Vacanti(1993)将牛成骨细胞接种于PGA无纺网内形成细胞—支架复合物植入裸鼠皮下形成了新的骨组织。早期标本中可见到软骨组织，以后逐渐形成成熟的骨组织，10周后标本具有骨的形态，其中有明显血管增殖、区域性的软骨膜内骨化、小的软骨岛及骨髓细胞成分。
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Kim(1994)采用软骨细胞—PGA复合物和成骨细胞—PGA复合物修复裸鼠颅骨2cm×2cm的缺损，证明前者为软骨组织修复，后者为骨组织修复，而单纯聚合物充填和未做任何充填的缺损均未修复。曹谊林(1995)首次采用组织工程技术在裸鼠体内再生了带血管的骨组织并用于修复骨缺损，将体外培养的牛骨膜成骨细胞—PGA复合物植于裸大鼠右侧隐动、静脉血管束周围，6周时肉眼及组织学观察形成的组织主要由软骨构成，其中有骨样小岛。随着时间延长，骨样小岛逐渐形成带有血管蒂的有规则骨小梁的骨组织，表面有丰富的毛细血管出血。采用显微外科技术移植带血管蒂的新生骨组织修复股骨缺损，移植骨成活并有良好的界面愈合。
1.3 肌腱的组织工程
曹谊林(1995)取小牛肩、膝部的肌腱组织，将获得的肌腱细胞，接种于0.4cm×0.4cm索条状未编织的PGA网状支架上，体外培养1周后植入裸鼠皮下，结果在第6周标本中，支架四周排列着拉长的肌腱细胞，中心部分则显示较多的随意排列的肌腱细胞和细胞外基质。在第12周标本中，其四周和中心部分已完全和正常肌腱细胞相同。在采用纵形结构的PGA载体中，在第6周就出现了平行排列的肌腱细胞，它较任意排列的网状标本更加整齐一致。
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生物力学测定，存在有直线方向的牵拉应力，随时间延长而增强，8周时达到相同口径新鲜小牛肌腱拉力的30%，12周时达到70%。实验中还发现肌腱细胞极易和各种聚合物贴附。直线纵形的植入物，可更早地生长平行排列的新生肌腱细胞。显然，如时间较长，最终都可以产生同样形式的肌健特殊结构形态。
1.4 皮肤的组织工程
皮肤作为人体最大的组织，是与外界环境接触的屏障，具有重要的生理功能。人工真皮(Dermagraft)是利用组织工程技术形成商品化用于临床的真皮替代物，它可诱发正常的皮肤愈合过程，已用于治疗大面积烧伤病人的暂时性皮肤覆盖及慢性皮肤溃疡的治疗。人工真皮的基础是人二倍体成纤维细胞的培养，细胞来源于新生儿包皮按标准方法培养的成纤维细胞株。母血常规检测传染性疾病，培养细胞的初次筛选包括细菌、支原体及8种人病毒。取第三代细胞建立主细胞库，取第五代细胞建立操作者工作细胞库。将第八代细胞接种在聚合物支架上，此时细胞总数已倍增30倍，约为生长周期一半时的细胞型。这样一份包皮可制得250 000平方英尺的人工真皮，优于尸体皮移植，且安全。第一周几乎无胶原生成，而16～25天基质产生旺盛，胶原沉积可超过25天，但一般在胶原沉积速率较高时收获人工真皮。
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用于治疗严重烧伤病人的人工真皮(Dermagraft-TC)是将上述人成纤维细胞接种到一层尼龙网上，表面粘贴一层薄的硅胶膜。尼龙网构成了人工真皮组织生长的三维空间，硅胶膜则充当人工表皮，可阻止液体丢失。在生长期末封闭每个生物反应体或反应盒，进行包装。密封盒储存于-70℃冰箱内供临床医师使用。临床对10例烧伤病人采用Dermagraft-TC和尸体皮同时治疗，结果前者可覆盖创面达6周以上，后者可覆盖创面2～4周，显示人工真皮对创面覆盖的良好效果。
治疗皮肤慢性溃疡采用与Dermagraft-TC相似的一种新生儿成纤维细胞产品即Dermagraft-Ulcer，可极大地改善目前对慢性皮肤溃疡的治疗效果。此产品可冻存，供医师直接使用。在一组50例病人的临床前期试验中，结果50%的创面愈合，而接受常规治疗的对照组仅8%创面愈合，治疗组随访4个月～1年，均未复发。在一组静脉性溃疡的治疗中，Dermagraft-Ulcer治疗组复发率为6.3%，而对照组复发率为19.7%。
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1.5 肝脏的组织工程
肝脏的组织工程研究起始于90年代，研究目前集中在三个方面，即体外系统和植入性应用系统。
体外系统适用于肝脏功能正在恢复中的病人，它的优点是(1)可以更好地控制细胞周围系统的介质，例如获得改善氧和营养物质及废物的交换运输功能；(2)更好地控制使用时间和应用阶段；(3)降低排异反应，因为病人的白血球可以用血浆去除法所分离。
肝细胞植入法则有成为永久性肝脏替代体的可能。目前实验方法是将肝脏细胞植入一种附着于微孔支架、有包囊、可降解的聚合物载体上，制成人造肝脏。在这种特殊设计下，肝细胞可以分泌蛋白质及其他肝功能标记物，同时能清除胆红质和尿素代谢产物。所应用的载体是一种多孔碳水化合物衍生基质聚苯乙烯(Polystyrene)海绵。实验中，肝细胞可以增生和分泌蛋白质。此种多孔海绵载体可望培养出大量肝细胞。
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(1)肝细胞必须先在体外培养，然后移植于体内。肝细胞必须置于二层去水胶原夹持之间，才有分泌功能。(2)肝细胞必须和聚合物紧密相贴，才可能维持它的分泌功能。(3)肝细胞必须移植于有充分血供的条件下以供应氧及营养物质。(4)肝细胞必须繁殖到足够的数量，以维持必需的代谢功能。(5)肝细胞移植的目前水平尚不能替代肝脏所有复杂的结构、形态和功能。
1.6 胰腺的组织工程
胰腺功能消退或丧失迄今尚没有重建和再生的方法。应用组织工程技术给胰腺的康复带来了希望。实验工作已经开始，初步得出的结论是，胰腺细胞必须放置于一层聚合物的膜囊中进行培养，以防止产生排异反应。目前有3种实验方法正在进行中。
(1)Sullivan(1991)先将可降解聚合物制成膜管，绕成螺旋状，再将胰岛细胞种植包埋于其内；将此膜管和另一个聚合物结合，然后移植入体内，再接连一个连接血管的装置；这种膜管允许葡萄糖和胰岛素进行渗透作用，但可阻止抗体和淋巴细胞进入，他在一只切除胰腺的实验犬中使用此装置，可维持正常血糖浓度达150天之久。(2)将含有小白鼠胰岛细胞的中空纤维固定于多糖藻酸盐中，将此装置置入患鼠的腹腔中，可降低血糖，并延续60天以上，证明有良好的生物相容性。(3)将动物的胰岛细胞放入用藻酸盐或多晶体(polyerylates)制成的微小包囊中，可在动物体内维持正常血糖达2年以上。
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到目前为止，以上3种方法首先必需的条件是有大量的、可靠的胰岛细胞来源，这是困难之处。在一些实验室中，已有人使用了猪胰岛细胞进行研究。
1.7 其他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。
2 组织工程进一步研究的方向
2.1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，以同种异体组织作为种子细胞来源目前已作了大量的研究，特别是同种异体软骨组织有望获得成功。另外，采用细胞生长因子和端粒酶来调节和延缓细胞功能老化，也是一种有希望的探索。
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2.2 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，它是组织工程实现产业化的关键。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。
目前已开发应用于组织工程的生物可降解材料主要是化学合成的生物降解材料，主要为聚乳酸和聚羟基乙酸等，并形成了多种品种，但目前应用的生物可降解材料在生物相容性、理化性能、降解速率的控制及缓释性方面尚有许多问题未得到解决。因此，对生物可降解材料特别是以组织工程为主要应用背景的生物材料研究开发的投入已刻不容缓，它关系到国家和民族的根本利益。
作者简介：商庆新(1957～)，男，博士学位，上海第二医科大学附属第九人民医院教授，硕士生导师。
收稿日期：1999-12-04, http://www.100md.com