生物由细胞组成.pdf

组织工程——组织工程——体外复制人体器官体外复制人体器官 组织工程组织工程————体外复制人体器官体外复制人体器官 生物由细胞组成，低等的生物个体可能只包括单个细胞，如草履虫，这单个 细胞就可以完成整个机体的所有生命活动。对于较高等的生物，譬如我们在日常 生活中看到的各种动物、植物以及人类本身，它们的基本结构和功能单位仍然是 细胞，这些细胞集合形成完成不同功能的组织，功能相关的组织按一定的方式组 成器官，各种器官组合起来构成系统，各个系统协调运动，从而实现个体的生长、 新陈代谢、生殖和发育等生命活动。因此，器官可以看成是生物个体活动的结构 和功能单位。 生物体与生活环境和其它生物体的相互作用，不可避免的会发生器官损伤或 功能衰退，其中有一些生物具有良好的再生能力,例如植物。动物界中，有尾目 的蜥蜴和蝾螈，它们在受到攻击时尾巴很容易脱落，但很快能再生出新的尾巴， 研究还发现，它们的其他组织，如视网膜、心肌、四肢等器官也能和尾巴一样实 现再生。 人类作为万物之灵，是否也具有象蜥蜴和蝾螈这样强的器官再生能力呢？研 究发现，人类的某些器官如肝脏具有部分再生能力，但总的说来，这种能力非常 有限，器官损伤后,很难实现功能的恢复,从而造成功能障碍或残疾。对于功能受 损和丧失的器官，通常采用异体器官移植或人工器官植入来治疗，前者如肾移植、 角膜移植等，人工器官有心脏起搏器、人工骨等。通过这些方法可以部分恢复病 人受损器官的功能，但是存在着诸多限制。对于器官移植，供体器官来源太少， 必须长期使用免疫抑制剂，以及可能引起外来病毒感染等 问题；对于人工器官， 一方面功能有限，另一方面费用 昂贵，这些限制都严重影响了这两种方法的普及。 20 世纪 80 年代中后期发展起来的组织工程为解决受损器官功能替代和恢复提供 了新的途径，也为人类疾病的个性化治疗提供 了新的思路。 一、 组织工程的概念 组织工程是应用工程科学和生命科学 的原理和方法来解释哺乳动物正常的 和病理的组织结构——功能关系，并且在体外培养具有生物活性的组织替代物， 来恢复、维持或提高机体器官的功能。它是细胞生物学、分子生物学、生理学、 医学和临床、药理和毒理学、生物材料工程、生物化学工程、生物力学工程、生 物传感器等科学和技术的交叉和综合，是生物医学工程学科的一个重要分支 。简 单而言，组织工程就是在以生物可降解的聚合体材料构成的模型表面，在一定的 条件下，进行特定细胞的培养，最后聚合体构架自行溶解，形成三维 的具有生物 功能的组织或器官。下面这个例子简单说 明了工程化组织的制造过程。 1999 年美国哈佛医学院通过九年的研究，成功利用猎犬的一些细胞制造了膀 胱，新膀胱在猎犬体 内工作正常。首先，科学家们从猎犬膀胱的外表面获取平滑 肌细胞，在膀胱内表面获取尿上皮细胞，在体外培养 。其次，寻找正确的聚合体 构架使细胞能在其表面生长，科学家们应用多分支的、多孔渗水的聚羟基乙酸聚 合体，塑造 了一个膀胱形状 的模子，再在其表面涂上聚乳酸类物质 。第三步，科 学家们将尿上皮细胞加到聚合体膀胱的内表面，平滑肌细胞加到外表面，然后进 行无菌培养 。7 天后，通过外科手术，用新生长成的膀胱分别替代 6 只小猎犬的 正常膀胱 。3 个月后，聚合体在新膀胱组织中消失，小猎犬的机体开始用 自身的 血管供应新膀胱，新膀胱和正常的膀胱一样能容纳尿液，并维持正常的膀胱形态 。 另外，新膀胱工作正常，甚至还接受机体神经支配 。这样，工程化膀胱就可以完 全替代原来的膀胱 。工程化膀胱的在动物实验 中的成功，证明了人体 内脏器官工 程化的可行性 。 二、 组织工程研究的意义和目的 人体组织或器官的工程化生产，可以用于替代人体不可逆损伤的、功能退 化的器官，从而提高人类的健康水平和生活质量，是组织工程研究的最终 目的。 据统计，美国每年约有 10 万人因为疾病、意外创伤、先天缺陷等造成器官、组 织的不可逆损伤而需要器官移植，如肾脏、角膜、骨髓、血管、肝脏等，每年对 这些器官的需求约 1000 万个，因为来源缺乏，其中只有 20%的患者能得到及时 处理，大多数患者因为没有供体器官而得不到及时救治而造成终身残疾，甚至失 去生命。美国每年在器官移植方面的费用约为 4000 亿美元 。在我国，这些数字 将更惊人，对工程化器官的需求量更大。组织工程的发展可以为人体组织、器官 移植提供新的来源，使更多的患者得到及时治疗。 组织工程的研究对于药物的药理学和毒理学研究有重大的推动作用。药物 要进入临床使用，必须先进行药理学和