组织器官工程及产业（裴雪涛）

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组织器官工程及产业
   技术发展概况
   一、技术发展历程与趋势
   在人体整个生命活动过程中，由于各种疾病、创伤、衰老和遗传缺陷，会造成机体某些组织或器官的缺损以及功能的部分或全部丧失，其后果轻则影响生活质量，重则威胁生命，给人类健康和社会发展带来沉重的负担。组织器官的缺损或功能障碍是人类健康所面临的主要危害之一，也是引起人类疾病和死亡的最主要原因。自古以来，修复、替代、更换或再生因疾病，创侠或遗传因素所造成的组织器官缺损或功能障碍一直是人类的“梦想”和难以攻克的医学高峰。因此，对损伤组织或器官的修复一直是医学界景重大的课题之一。
   现代医学的发展已从破坏性和创伤性的切除治疗，趋向于修复和重建的新技术和新手段。现代科学和技术的进步，尤其是生物学，材料学、工程学和医疗技术的进步正在加快这种梦想变成现实．近年来，随着生物学、化学，物理学、材料科学、信息科学，工程学和计算机技术等学科和技术的迅速发展和相互渗透，在组织器官的修复与重建领域出现了一系列的重大突破。“组织器官工程”就是应用现代生命科学、材料科学，计算机科学和工程学等学科的原理与方法，研究和开发用于替代、修复、改善或再生人体各种组织器官的交叉学科和综合技术，是继基因工程之后现代生物技术又一新兴的前沿技术领域，它标志着医学将走出组织／器官匮乏的困境和牺牲健康组织为代价的“拆东墙补西墙”模式，步入制造组织和器官的“再生医学”新时代，以此为主要研究内容的再生医学近年来已引起各国政府、科学界．企业界以及广大公众的极大关注。
   这一多学科交叉的新兴技术领域涵盖了组织工程技术，干细胞与克隆技术，组织器官代用品、异种器官移植等多项现代生物技术的内容，其研究、开发与应用将给“完美”地修复或替代因疾病、创伤，衰老或遗传因素所造成的组织器官缺损或功能障碍这一人类的“梦想”带来了希望．经过近10年的发展，组织器官工程产业化方向虽多次调整，但主要研究方向仍然集中于结构应用方面(皮肤、软骨、骨、心脏瓣膜等)，大约60％的组织工程公司集中在该部分．在过去的3年内增长85％。细胞治疗是第二大的部分，占30％，主要包括细胞的体外修饰与体外形成组织与器官，细胞类组织工程公司数目自1998年以来增长约70％。第三部分是人工生物器官和细胞包囊治疗，占10％的份额．近两年来，随着干细胞研究的发展，以干细胞技术为核心的组织工程公司数量有所增长，但有关结构性组织研发的公司数量仍保持较大的比例。生物人工器官公司的数量在组织工程发展最初曾占很大比例，但随着部分临床前期实验的失败，目前处于相对稳定的阶段．因此组织器官工程产业化的发展重点历经了器官替代、细胞治疗与结构性组织等多个阶段，经过近20年的逐步调整，产业发展的重点方向逐渐明晰，即集中于应用干细胞进行结构性组织的组织构建，在此基础上迅速实现产业化过程并应用于临床组织创伤的修复．同时，各政府、研究机构和企业开始关注或涉及复杂器官的组织工程构建或生物制造。
   组织器官工程是在生命科学、材料科学、计算机技术、现代制造工程技术等众多学科交融渗透的基础上发展起来的，再生医学的进一步发展又对这些基础学科提出了更高的要求，因此组织器官工程的研究与产业化发展．同时带动了生命科学、生物材料、计算机控制，生物信息、临床医学等多学科的广泛交叉与合作，成为拉动国际生物高科技领域发展的主要动力之一．组织器官工程将成为包括生命科学整体在内的多学科的强大发展动力，带动多学科研究水平的整体发展，并作为相关学科与产业链形成和发展的枢纽，形成以组织器官工程产业化开发为中心的生物科技产业链。这将成为2l世纪具有巨大潜力的高科技产业之一，并将产生巨大的社会效益和经济效益。同时，也是我国向小康社会迈进、提高人民健康水平，提升生活质量的有力保障和主要指标。
  二．技术基本原理
  组织工程学是在细胞生物学，分子生物学，材料学等多学科交融渗透的基础上发展起来的新兴交叉学科，其研究的主要内容包括种子细胞，生物材料与组织工程化组织构建三个部分，因此．研究范围涉及材料学、工程学及生命科学等诸多领域。组织工程学的进一步发展又对这些基础学科提出了更高的要求，因此组织工程学的研究与产业化发展，同时带动了生命科学、生物材料，计算机控制、生物信息等参学科的广泛交叉与合作，成为拉动国际生物高科拄领域发展的主要动力之一。组织工程学在世界范围内经过20余年的发展与不断深入，已成为世界各国在生物科拄领域展开竞争的重要方面。我国组织工程研究在“863”计划的持续支持下，在十五期间重点开展了骨、软骨、肌腱，皮肤等结构性组织的组织工程研究，在干细胞的诱导分化、生物材料的开发与应用，组织构建技术的完善，特别是组织工程的临床应用等方面取得了飞速发展，已成为国际组织工程研究的主要力量之一．产业化发展前景已经初现曙光．
   干细胞是人体及其各种组织细胞的最初来源，具有高度自我复制能力．高度增值和多向分化潜能、可植入性和重建能力等特征．这些细胞既可以通过细胞分裂维持自身细胞群的大小，同时又可以进一步分化成为各种不同的组织细胞，从而构成机体各种复杂的组织器官。通常将干细胞分为全能干细胞(主要指胚胎干细胞，它们可以在体外“无限”扩增并保持未分化状态，并可分化形成所有的成体组织细胞，甚至发育成为完整的个体)．多能干细胞(具有多向分化的潜能，可跨系或跨胚层分化，如造血干细胞、神经干细胞、间充质干细胞．皮肤干细胞等)和专能干细胞(维持某一特定组织细胞的自我更新，如角膜干细胞等，分化方向较单一)．近年来，干细胞研究与克隆技术的突破，使得人类有可能在体外培养某些干细胞，定向诱导分化为我们所需要的各种组织细胞以供临床治疗所需，或作为“种子”细胞用于组织器官的制造。以此为目的的干细胞技术几乎涉及人体所有的重要组织和器官，也涉及人类面临的大多数医学难题，如心血管疾病、自身免疫性疾病．糖尿病、骨质疏松、癌症，老年性痴呆、帕金森病．严重烧伤、脊髓损伤和遗传性缺陷等疾病的治疗．干细胞工程的研究与应用几乎涉及了所有的生命科学和生物医药学领域，是当今生命科学领域的热点和难点，并将在细胞治疗、组织器官移植．基因治疗、新基因发掘与基因功能分析、发育生物学模型、新药开发与药效、毒性评估等领域产生重要影响．除在科学和技术领域的重大理论意义与应用价值外，还由于胚胎干细胞来源。人／动物细胞核移植等涉及人类生命伦理的问题而引起政府、科学界和公众的高度关注。
   组织器官代用品是生物医学工程的一部分，是运用生物工程学中的生物力学、生物材料学、人工器官等技术替代体内组织。器官或增进其功能的产品。其中，生物力学是研究与生物体有关的力学问题．它在循环系统的动力学原理，心脑血管疾病防治，人工心脏瓣膜、人工关节、细胞应力与生长及组织工程等方面取得较大成果；生物材料学是研究和人体机体相适应的，以诊断治疗或替换体内组织、器官或增进其功能的材料。目前生物材料已成功地应用于人工骨与关节、医用导管、人工肾、人工心脏瓣膜、人工植入物(如血管类等)，药物缓释载体等，人工器官是用人工制作装置来部分或全部替代人体病损器官功能．目前已形成人工器官产业，产品有心脏起搏器、人工关节．人工心辨，人工肾、助听器等．现代生物医学技术的研究使人工器官逐渐向组织器官工程的方向发展。
   异种移植医学(包括细胞、组织和器官)是土个世纪里发展起来的一门新兴的医学学科，它以现代医学的知识和手段，使用具有正常功能的异种细胞。组织和器官，植入到另一个个体内，以取代功能衰竭的细胞．组织和器官．从而挽救受体濒于死亡的生命．在过去l0年里，由于分子生物学技术的发展，各种抗排斥的新药不断出现，异种移植医学已经成为当代生物高科技产业的一个重要组成部分，在社会经济中占有重要地位。