组织工程的研究与进展

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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组织工 程这个名词，１９８８年被定义为： “它应用工程科学与生命科学的原理 与方法，在可控、可重复条件下，通 过哺乳动物、人类（包括患者自己） 的特定细胞在网络构架的体外培养、 体内植入增殖，形成具有特定功能组 织和生物替代物。”
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此类细胞是颇为理想的种子细 胞来源。近年人胚胎干细胞的 研究发展迅猛。随着人胚胎干 细胞研究的深入进行，也遇到 了相当多的实践问题，包括法 律的与道德的问题。就技术而 言仍有一些困难问题需要克服。
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人胚胎干细胞移植人体内后的 致癌性问题、抗原性问题、如 何调控人胚胎干细胞定向分化 构建组织的目的细胞的问题等。
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目前在组织工程研究中人类自 身的细胞仍然是种子细胞的主 要来源。人类自身的细胞也存 在不少问题。培养的人体组织 细胞增生能力一般有限，同时 在体外培养条件下随着细胞的 增殖会产生去分化现象，细胞 丧失应有的功能。
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人类自身的原代细胞作为种子 细胞的商业前景暗淡。但是， 应强调在体内的条件下，有许 多种成体细胞具有较强的“再 生”能力。
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d.材料—细胞界面
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采用转基因等生物技术可使动 物携有人类的基因以减少甚至 避免免疫排斥反应。但更严峻 的问题是动物体内的一些病毒 会导致人类的一些新的疾患的 产生。
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有一些国家政府就明令禁止实 施异种植入人体。实际上，对 科学家来说重要的是要解决防 止动物病毒传染人类的问题， 一旦异种细胞植入的安全性问 题获得解决，相信这些国家政 府的禁令亦会逐步取消。但目 前尚有较大的难度。
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２．基质材料
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基质材料类似于人体细胞外基 质、作为种子细胞以及细胞生 长因子的载体，使种子细胞赖 以定向分化增殖发育成相应的 组织。基质材料亦有称为细胞 支架。理想的基质材料起码应 具有以下一些性能：
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a.生物相容性 除了具有一般生物材料的生
物相容性要求，还要求它利于 种子细胞的粘附、分化与增殖。
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目前比较接近于实际应用的种 子细胞来源是从组织中分离出 来的所谓“前驱细胞”，亦有 称之为组织干细胞。
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由于此类细胞在向特定分化方 向转化上已得到了部分调控， 但它们尚未完全分化，因而尚 存有足够的灵活性以发育成几 种不同的类型的细胞。
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来源于中胚层细胞的间充质干细胞， 它们存在于成人的骨髓中，在适当的 诱导条件下具有多向分化为肌腱、骨、 软骨、脂肪、基质组织细胞的潜能， 进而增殖培育成相应的组织。目前研 究较多的此类细胞包括：造血干细胞 系、神经干细胞系以及间充质干细胞 系等。
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第一个组织工程产品——人工 皮肤于１９８８年２月经ＦＤ Ａ批准其上市销售，进入临床 实用阶段。正在研究开发的骨 骼、软骨、血管以及神经组织 等项目也已进入进行体内实验 的阶段。
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一、组织工程的基本原理
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许多文献都将组织工程技术归 纳为三个要素：种子细胞、基 质材料与细胞生长因子。实际 上除了上述三个要素以外，培 养的生物环境也是重要的要素。
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b.生物降解性 作为种子细胞的支架，一旦
种细胞培育成组织，要求基质 材料降解并为人体所代谢，即 基质材料的降解速率与细胞生 长的速率相适应，降解速率应 可根据组织的生长特性加以调 控。
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c.具有三维多孔立体网架结构 这种结构具有较高的比表面积 和孔隙率，以利于种子细胞增 殖、细胞外基质沉积进而形成 组织。其中较高的空隙率，利 于营养、氧气的进入和代谢废 物的排出，有利于血管与神经 的长入。
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齿科植入物，据日本齿科学会 估计，廿一世纪初对牙种植体 的需求量将达到其总人口的５ ０％。
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１９９７年美国ＦＡＤ预测未 来十年生物医学工程产业３９ 项新产品中涉及人体器官、器 件和组织替代物的几乎占５０ ％。
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由于源于人体的同种移植物来 源有限，在美国仅不足２０％ 的患者能得到及时治疗，耗资 ４００亿美元。
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１．种子细胞
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种子细胞指培养、存活、增殖 最后形成组织的原始细胞。
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种子细胞可分为三类：异种、 同种异体和自体细胞。
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性能稳定、可重复提供的种子 细胞来源是组织工程产品商业 化的首要前提。
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动物细胞是存量充足的可靠细 胞来源之一，但动物细胞在人 体内会引起免疫排斥反应导致 安全性的问题。
组织工程的研究与进展
(Research and Development of Tissue EngineerБайду номын сангаасng)
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随着移植医学与替代医疗的发 展，人体病损器官、器件和组 织的替代物的临床需求量迅 速增长。
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据美国国家健康统计中心（Ｎ ＣＨＳ）调查，１９９３年不 包括齿科材料，植入一件以上 植入物的患者，在美国已达１ １００万人，占其总人口的４ ％，全球估计超过３０００万 人。
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许多人工合成与制造的替代物，但在 一定程度上能满足临床的要求，特别 是在植入人体较长时间后，并发症较 多。因此，研制开发植入人体后能形 成与人体结构组织相同、参与人体代 谢、能够修复和改善病损器官、器件 和组织功能的植入物，是各国科学家 孜孜以求的目标。
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组织工程（Tissue Engineering)就是在这样一 些需求背景和人工器官技术、 生物技术、生物材料技术等现 代科学进展的基础上发展起来 的一项综合性的高新技术，是 跨世纪生物医学工程前沿领域 之一。
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这同传统的组织工程的研究思 路不同，反而同传统的人工器 官的研究思路较接近。这就是 近年发展的再生医学发展的内 容
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１９９８年末，美国有两个研 究机构先后成功地培养出人胚 胎干细胞。与成体细胞不同， 此类细胞具有持续生长，分化 的能力，即从理论上讲此类细 胞在一定的条件下可以分化成 人体的任何成体细胞，并具有 成体细胞的功能。