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组织工程学简介

来源:中华整形烧伤外科杂志 作者:池慧杨国忠 2004-10-14
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摘要: 组织工程学(Tissue engineering,TE)是生物医学工程学中的一个新的分支,是应用生命科学和工程学的原理与技术,设计、构造、改良、培育和保养活组织,以修复或重建组织器官的结构,维持或改善组织器官功能的一门新兴的边缘学科[1]。为解决器官来源问题,研究人员也在尝试异种移植,将部分动物细胞或整个器官植入人体,但......


  3.1.2 开发研究 组织工程技术最终应用于临床,还需要进行将研究成果转化为产品的开发研究。那么这一高新技术能否形成产业化,对这种不同于药品和医疗装置的活组织产品如何实施产业化生产,如何储存、运输等将是组织工程产品走入市场之时所需要研究的重要内容。

  3.1.3 政府机构实施管理的问题 对于这种将植入人体的活组织产品,恐怕在生产和上市的各个环节,政府机构应该实行严格的管理。在市场准入、审批程序及产品质量控制方面也需要制定准则,以确保组织工程技术能更好地应用于临床。同时,需要制定有关组织工程产品生产、销售和使用等方面的法律法规。

  4 组织工程化制品类型

  目前,除皮肤、软骨外大多数组织器官的组织工程化研究都处于试验阶段,尚未形成产品,现有的试验中有如下几种形式:

  4.1 细胞型

  顾名思义就是含有活细胞,是由细胞和生物材料构成,根据活细胞在材料中的状态可分为:①种植式 将细胞种植在三维立体结构的聚合物支架上培育而成,植入体内后,材料逐渐降解吸收,组织存活并表现出功能。如由单一细胞构成的软骨,真皮,和由二种以上细胞构成的皮肤,心瓣膜,血管等。②包埋式 应用可降解生物材料制成包膜,将有分泌功能的细胞密封在其中形成微囊,包膜上有微孔,允许细胞生存所需的氧和营养物质进入,细胞分泌物和排泄物排出。包膜阻止抗体进入,阻断机体对该细胞的免疫反应。而细胞分泌物被机体吸收后,即可行使功能。当微囊内细胞最终死亡时,包膜降解,降解产物被机体吸收后排出。如试验治疗糖尿病的胰岛细胞微囊,可改善帕金森氏病症状的多巴胺生成细胞微囊。③悬浮式 将细胞加入适宜的可注射生物材料制成混悬液,如可注射软骨修复材料等。

  4.2 非细胞型

  由生长物质和生物材料构成,植入机体后,促进原位细胞生长,从而使该组织再生修复,恢复其原有功能。如神经、骨修复材料等。

  5 组织工程技术在医学中的可应用方面

  组织工程在它兴起的10多年来,备受各国重视,正是因其在基础医学和临床医学中可能拥有的广泛的应用前景。

  5.1 为器官衰竭或组织缺损病人提供替代物。

  5.2 为失去部分机体功能的患者,提供相应的可植入体内的功能细胞微囊。

  5.3 为病损的机体组织,提供可促进其组织再生和功能恢复的、含有不同生长物质的、带活细胞或不带活细胞的植入物。

  5.4 为生物医学基础研究和应用研究,提供组织或类器官模型系统。

  6 组织工程制品的潜在优势

  根据目前的设想和研究结果,研究人员认为TE技术及其制品将会有如下优点:①组织工程化制品的结构、功能更接近天然组织器官。②采用病人自身细胞的组织工程制品,可避免免疫排斥反应的发生。③使用组织工程化的组织器官可缩短病人等待移植组织器官的时间。④降低通过移植传播疾病的危险性。⑤可望降低总医疗费用。

  7 国外研究开发状况

  7.1 研究概况

  1987年初,在华盛顿国家科学基金会(NSF)的一次讨论会上,正式定名“组织工程”。10月,NSF召开组织工程学专题讨论会,来自NSF、国立卫生研究院(NIH)、海军研究局(ONR)、能源部(DOE)、国家航空和宇宙航行局(NASA)、红十字会和大学的从事医学及生物工程研究的科学家,一致认为组织工程应作为前沿研究予以发展。后于1988年2月的专题讨论会上,形成了推荐发展意见。当年,NSF即开始实施组织工程计划,以研究基金和资助方式陆续建立了一系列实验室。此后,政府公共卫生署、NIH和一些非政府机构也投入了大量的经费开展有关研究,建立了多个组织工程研究中心。许多有关生物医学研究的公司也纷纷开始投入研究。

  在美国,组织工程研究涉及的组织较为广泛,有软骨、皮肤、胰腺、肝脏、肾脏、膀胱、输尿管、骨髓、神经、骨骼肌、肌腱、心瓣膜、血管、肠、乳房等,其中已有皮肤和软骨产品进入临床应用。

  1995年5月,Vacanti等人在马萨诸塞州开始筹建组织工程学会,并于1996年1月正式成立。他们与Marry ann Liebert公司合作,出版了正式刊物“组织工程学”。

  FDA已经认识到评价和管理组织工程产品需要广泛的合作,故专门成立了组织工程工作组,并请专家讲授有关技术内容,以达到最佳的管理水平。

  德国已就多种组织的组织工程化开展研究,目前进展较快的为软骨、骨、皮肤和肝。柏林洪堡大学Charite医院与相关研究人员合作多年,积累了有关生物材料及鉴别间质细胞的经验。在德国,有关专家成立了促进组织工程联合会,旨在促进开发和研究制造采用人体活细胞构成的人工组织,使之尽快应用于临床。有关专家认为,借助组织工程技术,可以发展药物的体外试验方法。这类可用于测试药物作用的活组织产品与用于人体的产品相比,可能会更快地进入市场。

  此外,日本、加拿大、奥地利、瑞士、英国等也都开展了相关的研究工作。

  7.2 产品开发

  在美国已有皮肤产品形成,如高级组织科学(Advanced tissue science)公司开发的产品Dermagraft和Dermagraft-TC○ R,采用人体真皮成纤维细胞和生物可降解材料制成,可分别用于治疗糖尿病、静脉性、压力性皮肤溃疡以及烧伤。由多孔胶原-GAG皮肤再生层及硅胶层构成的Integra○ RArtificial skin也已上市,用于整形和重建外科手术中任何全层皮肤缺损的治疗。

  8 国内研究简况

  据了解,我国自九十年代初即开始了一些有关组织工程的基础研究。1997年《中国修复重建外科杂志》开辟了“组织工程研究”专栏。同年,在生物材料和外科领域组织的一系列学术会议上了有关专家报告了组织工程研究内容。1998年,先后在上海、天津等召开了组织工程专题研讨会。

  国家自然科学基金委、卫生部基金、部分省市科委等也不同程度地资助了有关研究。目前已见到有关软骨、骨、肌腱、皮肤、神经、血管等组织以及微囊化胰岛细胞、肝细胞等研究报道。


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