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得票: 8 狀態(tài): 離線 | 2008-01-11 22:00
一、 組織工程學(xué)的發(fā)展歷史
組織工程學(xué)的研究歷史 始于２０世紀(jì)８０年代初，１９８７年被美國科學(xué)基金會(huì)正式命名。
中國組織工程學(xué)的研究始于２０世紀(jì)９０年代中后期。１９９９年國家科技部正式成立了“九七三”組織工程基本科學(xué)問題研究項(xiàng)目，推動(dòng)了國內(nèi)組織工程研究的發(fā)展。２００２年國家科技部成立了“八六三”組織工程項(xiàng)目，以替代、修復(fù)或改善人體各種組織器官損傷的再生醫(yī)學(xué)為主線，以組織工程技術(shù)、干細(xì)胞技術(shù)、人血代用品和異種器官移植為重點(diǎn)，形成組織（器官）工程研究開發(fā)的技術(shù)體系，為組織工程的應(yīng)用研究和未來的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
二、組織工程學(xué)的定義及其應(yīng)用意義
組織工程是指應(yīng)用生命科學(xué)與工程的原理和方法，構(gòu)建一個(gè)生物裝置，來維護(hù)和增進(jìn)人體細(xì)胞和組織的生長(zhǎng)，以恢復(fù)受損組織或器官的功能，主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)受損組織或器官的修復(fù)和再建，延長(zhǎng)壽命和提高健康水平。這種具有生命力的活體組織或器官能對(duì)病損組織或器宮進(jìn)行結(jié)構(gòu)、形態(tài)和功能的重建，并達(dá)到永久替代。組織（器官）工程是研究和開發(fā)用于替代、修復(fù)或改善人體各種組織或器官損傷（包括功能和形態(tài)）的新興技術(shù)領(lǐng)域，已成為生命科學(xué)研究領(lǐng)域的國際性前沿課題，并蘊(yùn)含著巨大的科學(xué)價(jià)值。
三、 組織工程中的生物材料研究
１ 、促使生物材料發(fā)展的因素 使生物材料迅猛發(fā)展的主要?jiǎng)恿碜匀丝诶淆g化、中青年創(chuàng)傷的增多以及疑難疾病患者的增加和高新技術(shù)的發(fā)展。生活節(jié)奏的加快、活動(dòng)空間的擴(kuò)展和飲食結(jié)構(gòu)的變化等因素，使損傷成為一個(gè)嚴(yán)重的社會(huì)問題。國內(nèi)因損傷而住院的患者年增長(zhǎng)率達(dá)７．２％，高居住院人數(shù)第２位。美國１９９８年用于骨骼－肌肉系統(tǒng)損傷患者的治療費(fèi)高達(dá)１ ２８０億美元，僅骨缺損患者就達(dá)１２３萬，其中８０％需要用生物醫(yī)學(xué)材料治療。在全球，心腦血管疾病、各種癌癥、艾滋病、糖尿病、老年癡呆癥等發(fā)病率逐年增加，急需用于診斷、治療和修復(fù)的生物材料。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，人體組織和器宮的修復(fù)，也將從簡(jiǎn)單的利用器械機(jī)械固定發(fā)展到再生和重建有生命的人體組織和器官；從短壽命的組織和器官的修復(fù)發(fā)展至永久性的修復(fù)和替換。
２、 生物材料的定義及其應(yīng)用意義 生物材料是一類人工或天然的材料?可以單獨(dú)或與藥物一起制成部件、器件用于組織或器官的治療以及增強(qiáng)或替代，并在有效使用期內(nèi)不會(huì)對(duì)宿主引起急性或慢性危害。有人認(rèn)為它是一類特殊的功能材料?熏利用它可以對(duì)有機(jī)體進(jìn)行修復(fù)、替代與再生。生物醫(yī)學(xué)材料研究的最終目的是用其代替或修復(fù)人體器官和組織?熏并實(shí)現(xiàn)其生理功能。生物材料是種子細(xì)胞在形成組織之前賴以生存和依附的三維支架，為細(xì)胞的增殖、分化、營養(yǎng)交換、新陳代謝以及細(xì)胞外基質(zhì)分泌等生理活動(dòng)所提供的空間場(chǎng)所。
３ 、組織工程支架材料 為構(gòu)建組織的細(xì)胞提供的三維支架，有利于細(xì)胞的黏附、增殖乃至分化，為細(xì)胞生長(zhǎng)提供合適的外環(huán)境。在組織工程中，支架材料起到細(xì)胞外基質(zhì)的作用，是對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能的仿生。它不僅起支撐作用，保持原有組織的形狀，而且還起到模板作用，為細(xì)胞提供賴以寄宿、生長(zhǎng)、分化和增殖的場(chǎng)所，從而引導(dǎo)受損組織的再生和控制再生組織的結(jié)構(gòu)。
支架材料在組織工程中具有重要的地位：①支架材料的結(jié)構(gòu)和形貌控制再生組織的結(jié)構(gòu)、尺寸和形貌，作為連接細(xì)胞和組織的框架，引導(dǎo)組織生長(zhǎng)成特定形態(tài)。②作為信號(hào)分子的載體，將其運(yùn)送到缺損部位，并作為緩釋體使骨誘導(dǎo)因子緩慢發(fā)揮作用，為工程化的組織提供一個(gè)賴以存在的空間，可引導(dǎo)組織的再生和成長(zhǎng)。③作為骨組織繁殖分化和新陳代謝的場(chǎng)所，為細(xì)胞生長(zhǎng)輸送營養(yǎng)，排除廢物。④支架表面特殊位點(diǎn)與組織起特異性反應(yīng)，對(duì)不同類型細(xì)胞起身份鑒別及選擇黏附的作用。⑤起到機(jī)械支撐作用，可以抵抗外來的壓力，并維持組織原有的形狀和組織的完整性。⑥支架材料可以作為活性因子的載體，用來承載一些生物活性物質(zhì)，如生長(zhǎng)因子，為細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化和增殖提供養(yǎng)分。組織工程支架材料包括人工骨支架材料、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和肝、胰、腎、泌尿系統(tǒng)組織工程支架材料。支架材料是組織工程的關(guān)鍵因素，其材料來源涵蓋了天然生物材料及人工合成高分子材料兩大類。目前研究應(yīng)用較多的組織工程支架基質(zhì)材料有天然材料、合成高分子可降解材料和生物陶瓷材料以及它們相互之間復(fù)合形成的復(fù)合材料，已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)的有納米組織工程材料以及新發(fā)現(xiàn)的蠶絲材料等，正待更多的實(shí)驗(yàn)觀察去考證。但是由于人體組織結(jié)構(gòu)的特殊性，尚難確定哪幾類材料為最佳支架材料。組織工程生物材料除要求具有一般生物材料的特性，無毒，無不良反應(yīng)，來源充足，性質(zhì)穩(wěn)定，易貯存易消毒等；同時(shí)還必須具有良好的生物相容性及組織相容性，具有生物可降解性，可塑性及一定機(jī)械強(qiáng)度，一定的孔隙率及孔徑等。理想的組織工程材料應(yīng)具備：①支架應(yīng)為三維、多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，孔的尺寸應(yīng)能允許細(xì)胞的生存，且孔間應(yīng)相互貫通，以利于營養(yǎng)物質(zhì)和細(xì)胞代謝產(chǎn)物傳送。②良好的生物性能和生物降解性，降解速率應(yīng)能與新組織的生長(zhǎng)相匹配。③表面應(yīng)有利于細(xì)胞粘附和正常的分化和增殖。④具有一定的生物力學(xué)性能，與所修復(fù)組織相匹配。⑤可以攜帶生長(zhǎng)因子等生物活性物質(zhì)。 總體上講，理想的組織工程支架材料尚未發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外相關(guān)研究都在關(guān)注對(duì)現(xiàn)有材料的改性與復(fù)合，各種材料表面處理與修飾技術(shù)、材料加工技術(shù)等方面的問題。
四、 組織工程中的人工器官研究 “人工心臟”、“人工肺”、“人工肝”、“人工腎”四類重要的人工臟器在挽救危重患者、為臟器移植爭(zhēng)取時(shí)間方面起到了越來越重要的作用。
１ 人工心臟： 就是一個(gè)“人工血泵”。一般分為兩類：①全心人工心臟，替代患者的心臟。②部分人工心臟，幫助患者的心臟“泵”血，常被稱為人工心室輔助裝置。其治療的對(duì)象主要是因各種原因引起的終末期心力衰竭患者，目的是幫助準(zhǔn)備移植心臟的患者渡過等待期，搶救生命，幫助嚴(yán)重心衰的患者度過危險(xiǎn)期至心臟功能恢復(fù)；完全或部分替代患者心臟的泵血功能，達(dá)到終生治療。
２ 體外膜肺（俗稱人工肺）： 是通過一根手指粗的引流管將靜脈血引流到人工肺內(nèi)進(jìn)行氧合，再將含氧的血泵入體內(nèi)，從而改善全身組織氧供應(yīng)。這種設(shè)備用于患有嚴(yán)重心肺功能不全的患者，以暫時(shí)替代肺的氣體交換功能和心臟的泵功能，改善循環(huán)灌注，搶救患者的生命，為危重的心肺病變患者提供治療機(jī)會(huì)，為心肺功能的恢復(fù)爭(zhēng)取時(shí)間
３ 人工肝： 又稱人工肝支持系統(tǒng)，它借助體外機(jī)械、化學(xué)或生物性裝置，暫時(shí)及部分替代肝臟功能。其作用原理是利用血液凈化技術(shù)置換出肝衰竭患者的血漿，補(bǔ)充正常人的血漿，清除患者體內(nèi)的膽紅素等有毒物質(zhì)，減輕肝臟的炎癥。與此同時(shí)，作為置換的新鮮同型血漿補(bǔ)充了血漿蛋白、各種凝血因子、調(diào)理素等生物活性物質(zhì)，既可減輕患者水腫、出血等癥狀，又可減少機(jī)體感染，有利于肝細(xì)胞的修復(fù)和再生。急性重癥肝炎患者肝功能喪失可用其暫時(shí)頂替。如果效果不佳，也可為肝移植爭(zhēng)取時(shí)間。
４ 人工腎即透析： 包括血液透析和腹膜透析。血透液析是通過透析機(jī)凈化血液。透析機(jī)有個(gè)特殊裝置即濾過膜，其作用是清除因腎衰在體內(nèi)蓄積的毒素和多余的水分。腹膜透析是用人體的腹腔和包圍腹腔的腹膜進(jìn)行的透析。
５ 人工器官材料學(xué)特征與人體生物相容性的關(guān)系 在組織工程與人工器官、軟硬組織修復(fù)方面?熏要求具有全面生理功能的人工器官材料不僅是惰性植入體而且要具有生物活性?熏能引導(dǎo)和誘導(dǎo)組織、器官的修復(fù)和再生，在完成任務(wù)后能自動(dòng)降解并排出體外。
生物相容性是指在所需時(shí)間內(nèi)，材料在體內(nèi)或體外持續(xù)完成要求它完成的功能的一種能力。生物相容性包括組織相容性和血液相容性，即要求材料與人體組織接觸時(shí)，在起到對(duì)其所要求的功能作用時(shí)，不引起人體組織的不良反應(yīng)，如毒性反應(yīng)、過敏反應(yīng)、排斥反應(yīng)乃至長(zhǎng)時(shí)間發(fā)生癌變等。生物相容性涉及材料的表面性質(zhì)，如有無細(xì)菌污染、材料形狀及軟硬、粗糙程度和內(nèi)在性質(zhì)，如化學(xué)成分、穩(wěn)定性、帶電荷情況等。
五、 組織工程中的醫(yī)學(xué)植入體研究
１ 醫(yī)用植入體分類 ①骨外科植入體（骨板、接骨螺釘、矯形用棒、矯形用釘、骨關(guān)節(jié)假體、髓內(nèi)針、脊柱內(nèi)固定器材、骨缺損充填劑等）。②心血管系統(tǒng)植入體（支架、心臟瓣膜等）。③牙種植體。④醫(yī)學(xué)假體。⑤不斷產(chǎn)出的各種復(fù)合植入物。如骨結(jié)合式種植體系統(tǒng)，作為缺損修復(fù)的固定裝置，可植入顴骨、顱骨、乳突、眶周，完成義頜、義耳、義眼等頜面贗復(fù)假體（假面）以及助聽器的固位。
２ 醫(yī)用植入體的應(yīng)用意義 人體的組織器官對(duì)醫(yī)用植入體的要求是需要其具有生物相容性以及材料本身的生物力學(xué)特點(diǎn)，能夠符合人體植入部位功能的需要。這些植入體在人體內(nèi)能夠解決因創(chuàng)傷、腫瘤造成的組織器官缺損以及難于修復(fù)的問題，并在修復(fù)外形的同時(shí)恢復(fù)患者的功能。
六、 組織工程中的組織器官構(gòu)建研究
１ 、組織構(gòu)建的意義 組織（器官）工程是研究和開發(fā)用于替代、修復(fù)或改善人體各種組織或器官損傷（包括功能和形態(tài)）的新興技術(shù)領(lǐng)域，主要研究方向即是替代、修復(fù)或改善人體各種組織器官損傷，最終目標(biāo)為實(shí)現(xiàn)組織工程化組織的臨床應(yīng)用。要實(shí)現(xiàn)組織、器官的構(gòu)建，必然涉及種子細(xì)胞、生物材料以及組織構(gòu)建這三大要素，也是組織工程學(xué)研究的核心內(nèi)容。只有獲得足夠量的、具有特定生物學(xué)活性的種子細(xì)胞，配以合適的生物支架材料，通過特定的構(gòu)建技術(shù)，才有可能在體外制造出具有正常生理結(jié)構(gòu)與功能的器官、組織。
２ 、組織工程技術(shù)的具體方法 將特定組織細(xì)胞“種植”于一種生物相容性良好、可被人體逐步降解吸收的生物材料（組織工程材料）上，形成細(xì)胞－生物材料復(fù)合物；生物材料為細(xì)胞的增長(zhǎng)繁殖提供三維空間和營養(yǎng)代謝環(huán)境；隨著材料的降解和細(xì)胞的繁殖，形成新的具有與自身功能和形態(tài)相應(yīng)的組織或器官。
結(jié)合生物材料和干細(xì)胞誘導(dǎo)分化技術(shù)，組織工程技術(shù)已先后構(gòu)建出軟骨、骨、皮膚、肌腱、血管等多種組織或器官。
七、 組織工程中的器官移植研究
１ 器官移植的分類 可分為各種內(nèi)臟器官移植、組織移植和細(xì)胞移植。①內(nèi)臟器官移植有腎移植、肝移植、心臟移植、胰腺移植以及胰腎聯(lián)合移植。細(xì)胞移植有骨髓移植、胰島素細(xì)胞、肝細(xì)胞移植、脾細(xì)胞移植。②組織移植多數(shù)屬于支架移植，有的還是自體移植為主，少數(shù)是有活力的混雜在一起的細(xì)胞和組織移植。如黏膜移植、脂肪移植、筋膜移植、肌腱移植、肌移植、血管移植、軟骨移植、骨移植、神經(jīng)移植、大網(wǎng)膜移植、腦組織移植和胸腺移植。
２ 異種移植 異種移植是組織工程學(xué)研究中重建組織器官的主要內(nèi)容、器官移植的主要方向、解決當(dāng)前器官短缺的主要途徑。異種移植是用手術(shù)的方法將某一種屬個(gè)體的器官或組織移植到另一種屬個(gè)體的某一部位。異種移植有潛力補(bǔ)充用于移植的人體材料的有限供應(yīng)并且可能成為一種替代選擇。異種移殖包括使用活體異種細(xì)胞、組織或器官以及已與活體異種材料發(fā)生體外接觸的人體體液、細(xì)胞、組織或器官。采用動(dòng)物器官移植治療人類疾病一直是器官移植學(xué)努力的方向，但令人擔(dān)憂的是免疫排斥和動(dòng)物疫病等安全性方面。異種器官移植存在免疫排斥和病毒傳染兩個(gè)主要的障礙。異種移植除了技術(shù)上的難題外，還存在倫理學(xué)和法學(xué)的問題。
八、 組織工程中的種子細(xì)胞研究
１ 干細(xì)胞的定義 干細(xì)胞是一種具有復(fù)制能力、可以分化成各種功能細(xì)胞的早期未分化細(xì)胞。干細(xì)胞是具有自我更新、高度增殖和多向分化潛能的細(xì)胞群體，即這些細(xì)胞可以通過細(xì)胞分裂維持自身細(xì)胞群的數(shù)量，同時(shí)又可以進(jìn)一步分化成為各種不同的細(xì)胞組織，從而構(gòu)成機(jī)體各種復(fù)雜的組織器官。
２ 采用干細(xì)胞移植可直接再生組織和器官 ①用干細(xì)胞攜帶治療基因，經(jīng)過誘導(dǎo)分化為成體細(xì)胞，可用于治療遺傳性疾病。②利用細(xì)胞間的相互轉(zhuǎn)化的特性，可用干細(xì)胞進(jìn)行自體組織和器官的修復(fù)，能夠避免同種異體移植造成的免疫排斥反應(yīng)。③干細(xì)胞作為種子細(xì)胞，還可與降解支架材料聯(lián)合培養(yǎng)，在體外構(gòu)建有生命的種植體，用以治療一些難治性疾病。
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