组织工程和再生医学应用于临床前需要考虑哪些优缺点

Question

如题所述

Answer 1

知乎
下载 APP

以组织工程（tissue engineering）为基础的再生医学（regenerative medicine）发展情况及应用前景如何？
谢谢

@袁霖
邀请！要充分地回答这个问题需要写个综述了，显然这不是你们想看到的。所以，答主就自己的了解做出一些概括性的解释和讨论。

———————————————————————————————————————————

首先，还是先讲一下两个重要的概念：组织工程(Tissue Engineering) 和 再生医学(Regenerative Medicine)

组织工程 （Tissue Engineering）是一个多学科交叉的研究领域，它充分应用工程科学，生物科学，基础医学的原理，开发制造出具有生物活性的组织或器官替代物，用于保持，替代，修复，甚至于加强病变组织器官的功能。这个概念是由 Robert Langer (麻省理工学院)和 Joseph Vacanti （麻省总医院）于八十年代末，九十年代初提出，并在 Science上发表研究论文阐述这个概念和基本原理。

再生医学（Regenerative Medicine）是一个更广的定义，它包括组织工程（Tissue Engineering），但同时还包括 身体组织系统的自身修复 （Self-healing）. 组织工程（Tissue Engineering）和 再生医学 （Regenerative Medicine）目前被大范围的混用，主要是因为目前来看组织工程的最终目标就是替代或加强组织的自身修复，用以治愈复杂的慢性疾病。

（Tissue engineered human ear, credit: Harvard University）

经过二十多年的发展，组织工程无论在基础研究，临床应用，和市场转化方面都取得了非常大的发展，其研究成果已经在很大程度上改变了临床治疗思路，使大量病人受益。虽然是一个相对来说比较新的学科，但是自诞生以来就一直吸引了大量的关注度。各国 （美国，日本，新加坡，中国，等等）都在投入高额的研究资金来推动这个学科的发展，与此同时，大量相关的研究人员 （临床医生，工程师，生物学家，化学家，材料学家，等等）都被吸引到这个充满潜力的领域，用他们在各自领域更专业的知识和技能来不断推动组织工程学科的发展。

值得指出的是，中国在近年来，在组织工程领域投入的前所未有的人力和财力，1999-2009 这十年间，中国政府投入了过5亿RMB 在组织工程的研究和临床应用上。Science杂志在2012年就曾发表评论 “China's Push in Tissue Engineering”对中国在这方面的发展做了报道，还报导了中国在此领域的先驱人物：南通大学顾晓松 （神经系统），上海交大曹谊林（骨骼系统），清华大学崔福斋（脑组织）。

对于再生医学来说，目前组织工程主要在以下几个方向不断取得发展和突破：

1. 细胞来源

再生目标组织或器官，通常需要使用相应的细胞，比如心肌细胞 （心脏），上皮细胞（皮肤），骨骼肌细胞（肌肉），等等。然而，很多细胞脱离了自体的原生环境，并不能在体外长期保持其功能和活性，比如肝脏细胞的体外培养一直是一个难题。所以新的细胞来源的取得就显得异常重要。多能干细胞 （Pluripotent Stem Cells）的使用可以很大程度解决这个问题。胚胎干细胞 （Embryonic Stem Cells）, 诱导多能干细胞 （iPS cells）都是目前研究的热点，尤其是 iPS 细胞，因其独特的功能和不会造成伦理问题，已经成为全世界研究人员的宠儿，不断开发其新的应用，用于特定组织和器官的定向分化。与此同时，比多能干细胞更有特异性的组织干细胞，比如骨髓间充质细胞 （Bone marrow stromal cells），脂肪干细胞 （Adipose-derived stem cells）, 脐带血干细胞 （Umbilical cord blood stem cells）等等，也被研究人员用于不同组织的再生。更特异性的细胞比如软骨祖细胞 （chondrogenic progenitor cells），心肌干细胞 （cardiac progenitor cells）也已被成功分离，并用于相应组织的再生。

(iPS cells forming a colony, credit: Flickr)

2. 新型生物材料

成功地组织工程，一定离不开生物材料学科的发展。再生具有不同特性的生物组织，材料的选择至关重要。组织工程发展初期，材料通常被用做支架用以支持细胞的贴附和生长。目前新材料的开发主要侧重于材料的生物学特性，新的材料不但要能作为支架，还要能与细胞相互作用，诱导细胞迁移，扩增，定向分化。同时新材料还被赋予了调节细胞生长的微环境的功能，比如释放生长因子，传递信号因子，抑制炎症，等等。更有能自组装 （self-assembly）的新型生物材料，能在外部刺激的情况下，实现在特定时间，特定微环境中自我组装成目标组织或器官的形态。虽然这些研究还在早期的探索阶段，但可以预见未来会出现激动人心的突破成果。

( Biomimetic liver tissue engineered from novel biomaterials, credit: NIH)

3. 信号因子

对于体外细胞培养来说，缺乏了体内的原生环境和相关的信号因子，很难成功地有效率的分化为目标组织器官。经过多年的研究，部分组织定向分化所需的生长因子已经逐渐被确定。传统的组织工程方法通常直接应用已确定的生长因子组合，用于培养细胞或者装载了细胞的支架材料。然而，生长因子分离纯化耗时耗力耗钱，所以并不是长期使用的最佳选择。目前这个领域的发展主要侧重于化学小分子，基因，物理刺激，等等。通过化学小分子的作用，可以激活与生长因子作用相当的生物信号通路，因而诱导细胞分化。基因的转导，使细胞本身能在不需要外界刺激的情况下实现分化，以及功能的获取。对于不同目标组织分化过程中的物理刺激，比如失重，加压，支架材料的表面结构，等等也可以促进细胞的分化。结合新型生物材料，将不同信号因子和材料合并，也是一个研究的热点，所谓的 “Smart Material”。比如，具有药物缓释功能的支架，加载的质粒DNA的水溶胶，等等。

(Recellularization of decellularized rat kidney, credit: Harvard Medical School)

4. 生物制造方法

生物制造 (Biofabrication)是一个相对较新的名词，顾名思义就是利用构成生物体的基本元素 （细胞，生长因子，生物材料，等等），制造出具有功能的生物组织或器官，或者用于研究的生物系统，这里主要谈一下前者。最传统的组织工程制造方法就是将细胞装载到3D支架，并在具有生长因子的环境中培养。经过多年的发展，大量针对于不同组织的制造方法被开发出来。举例来说，去细胞器官 （Decellularization）的重新细胞化 （Recellularization）已经在实验中用于肝脏，肾脏，心脏，等的组织工程；细胞膜片 （Cell sheet）的3D组装也已经被成功应用于软骨，血管，皮肤等组织，并已经有临床产品用于病人； 微组织 (micro-tissue) 作为基本结构单元，也被成功用于血管，肝脏组织，肌肉组织等的再生。目前很热门的3D生物打印技术的出现，给组织工程和再生医学带来了又一轮新的革命。由于其精确地控制能力和个性化特点，使得定制人体组织器官成为可能。虽然3D生物打印处于初期研究阶段，有很多困难要克服 （请参见:

3D生物打印的主要难点是什么
），但是随着技术的成熟和组织工程自生的发展，成功3D生物打印出人体器官并不是幻想。

(3D bioprinting for tissue engineering, credit: Wake Forest University)

组织工程 （Tissue Engineering）一直在不断发展和进步，虽然大量的研究成果还仅限于实验室阶段，但已经有很多技术进入了临床转化，甚至于市场化。不仅仅在其医学领域的应用，利用再生出的组织进行药物测试和毒物测试也被认为是未来5-10年的一项研究热点，这也将给生物医药产业带来革命性的突破。

(Human-on-a-chip drug testing model, Credit: Wyss Institute, Harvard University)

参考：

1.

China's Push in Tissue Engineering
2.

The Laboratory for Tissue Engineering and Organ Fabrication
3.

Langer Lab: Professor Robert Langer
4.

http://www.nibib.nih.gov/science-education/science-topics/tissue-engineering-and-regenerative-medicine
5.

http://www.popsci.com/tags/tissue-engineering
（推荐阅读）

6.

http://www.sciencedaily.com/terms/tissue_engineering.htm
（推荐阅读）

______________________________________________________________________________________

转载请标明出处

Dr. YY

关注问题写回答
12 个回答
相关推荐
想脱单又不想去相亲，有什么高质量的社交平台推荐吗？
别说，我还真知道有个靠谱的社交平台。作为996时间紧张的上班族，我太知道找个女友到底有多难了!我就是在社交小程序上找到了三观一致、身材又超辣的女朋友。我就觉得相亲太尴尬，两个不熟悉的人直接见面聊天，根本就没话题，才用了社交小程序，还能查看个人信息和喜好，杜绝尬聊的情况发生。如果兄弟们也有同样的相亲烦恼，请猛点下面这个小程序寻找属于你的另一半！小程序里不仅有详细的个人信息，还有严格的审核防止造假。h...
山满雾的回答
你试过最牛逼的“护眼减少红血丝”的方法是什么？
32天！清澈大眼手到擒来！！不管是熬夜还是盯着电脑手机屏眼睛泛红血丝，或者干涩用眼过度的，不到7天就能改善！就靠一个叶黄素酯片，用在自己保护自己的眼睛上，才发现之前蒸汽眼罩，眼药水这种杯水车薪、短暂的方法不如靠叶黄素内部改善彻底拯救！就是补充眼睛流失的营养成分，缺啥补啥比一味缓解更高效有针对性[方法很科学简单，程序员打工人大学生等经常用眼的人群都适用]说真的，之前谁要是告诉我，靠这玩意儿吃1个月就...
我没有肉的回答
养猫的你们都买过什么好用不贵的猫咪用品?
作为一名已离职的猫舍管理员，今天就扒一扒猫圈的那些秘密！其实猫粮，罐头，猫砂一直都很便宜，只是大部分人都被骗了！自从知道这个秘密，我现在基本上每次买渴望，爱肯拿、纽翠斯等等大牌猫粮都是2、3折就能拿下！！每月平价下来比别人多省2000多块钱！那怎样才能像我一样买到既便宜又好看的猫咪用品呢？ 今天我就带你们一起来揭一下猫圈用品的那些不为人知的内幕！其实很多大牌商家每隔一段时间都会联合多种渠道放出超多...
吃鱼的喵的回答
冬天怎么穿才能显瘦又保暖？
喵小晨的回答
2022年取暖器推荐 整屋舒适性取暖选购攻略 附（暖风机/电热油汀/快热炉/踢脚线）
毛徐的回答
洗地机是智商税吗？好用的洗地机怎么选？
这年头，在一些人眼里啥啥都有”智商税“的嫌疑，作为一个洗地机的真实使用者，这次我必须站起来说一句，洗地机不仅不是智商税，还是年度必推的宝藏好物！因为洗地机对我生活的改变是肉眼可见的~每周只需抽出个十分钟的时间，全屋地面就能清理得干干净净，剩下的时间我只想用边葛优躺边感叹”洗地机真香“。面条饭粒扣地上了？没事~直接吸走~顽固污渍不好清理？没事~轻松洗干净~整个过程，我只需要扶着”手杆“走，不弯腰、不...
米露小姐姐的回答
「成考」和「自考」的区别是什么？
自考学姐元小南的回答
申请英国留学要多少的GPA，英国大学对GPA的要求是多少啊？
建议可以下载留学快问app/点击下方进入小程序查询全球各高校的录取要求，而且还有大量的案例可以参考，看看和你背景一样的同学都去了哪些学校。https://xg.zhihu.com/plugin/ea061b65f572aecc3d3aecdccb8cccb0?BIZ=ECOMMERCE一、你本科期间的GPA，在申请英国硕士项目时影响很大。相比于美国，英国高校更看重分数。你的院校背景以及分数很大程度...
留学快问的回答
推荐一个靠谱的白嫖群！
YL10的回答

Answer 2

组织工程是非常的陌生的。好多人基本从字面意思去理解认为这是个什么样的组织，又与工程挂上钩简直不知所云。其实，组织工程一词在80年代后期就已经诞生了，这词的概念是由美国的化学工程师Robert Langer和临床医师Joseph P. Vacanti 提出的。

组织工程是如何定义的呢？它是应用工程学和生命科学的原理和技术，正确认识哺乳动物在正常及病理两种状态下的结构和关系，在此基础上研究、开发用于修复、维护、促进人体各种组织和器官损伤后的功能与形态生物替代物的一门新兴科学。书面的意思不但拗口还难以理解，实际上组织工程就是一门新兴的科学，主要作用就是研究、开发出一种能够修复组织和器官损伤的生物替代物。组织工程的3个基本要素：种子细胞、生物材料、组织构建。通过采用各种种子细胞和生物材料在体外进行组织构建，再造各种人工组织或者是器官。它涉及到生命科学、材料学、以及工程学等多个领域。

20世纪90年代，在临床医生、工程学家、以及企业科学家的共同努力下，极大的推动了组织工程的发展，但是对基础生物学的研究相对匮乏。直到90年代中期，对干细胞和其他祖细胞关注逐渐增多才开始形成再生医学的概念。国际再生医学基金会其实明确的把组织工程定为再生医学的一个分支，但是像干细胞治疗、细胞因子和基因治疗等能引起组织再生的技术和方法均被列入组织工程的范畴，因而组织工程与再生医学两者经常混用。

我们通常是这样理解它们之间的关系。再生医学包含组织工程领域以及传统工具以外的方法，而组织工程则是实现再生医学的一种治疗手段或者说是工具。组织工程和再生医学的目标是相同的，它们都是为患者提供功能性的组织和器官。组织工程更多的是用体外培养物替代组织器官。目前多种生物材料已经成功的应用于人体，比如：人工骨、人工晶体、医用导管、人工心脏瓣膜、血管支架。像人造肺、心脏、肝、肾、角膜等也在大力的研究之中。未来再生医学行业企业竞争怎么样?再生医学的内涵已不断扩大，包括组织工程、细胞和细胞因子治疗、基因治疗和微生态治疗等。国际再生医学基金会(IFRM)已明确把组织工程定为再生医学的分支学科。随着组织工程概念的扩展，凡是能引导组织再生的各种方法和技术均被列入组织工程范畴内，所以在一般情况下，组织工程和再生医学并没有严格区分。目前，再生医学领域正在探索的3大策略包括：通过移植细胞悬浮体或聚合体来替代受损组织;实验室生产的能够替代天然组织的生物化人工组织或器官的植入;通过药物手段，对损伤组织部分进行再生诱导。然而，目前还没有任何一种策略取得完全令人满意的结果。
再生医学市场调研 2021年再生医学行业前景及发展现状分析
再生医学原先指体内组织再生的理论、技术和外科操作，也可以认为是一门研究如何促进创伤与组织器官缺损生理性修复，以及如何进行组织器官再生与功能重建的学科，可以理解为通过研究机体的正常组织特征与功能、创伤修复与再生机制及干细胞分化机理，寻找有效的生物治疗方法，促进机体自我修复与再生，或构建新的组织与器官以维持、修复、再生或改善损伤组织和器官功能。
国家政策支持再生医学行业发展的倾向愈加明朗，随着再生医学科技的不断发展，干细胞与再生医学行业准入政策、再生医学监管政策的不断完善，预计在不久的将来，再生医学行业准入的再生医学的适应症范围将继续扩大，尚未准入的相关再生医学技术也将获得准入许可，再生医学的时代终会完全敞开大门。
新一轮经济科技背景下，再生医学疗法为疾病治疗开辟了全新道路。在世界医疗发展进程中，西医疗法、中医疗法、营养将康疗法等一直处于主流地位，随着近年来新一轮再生医学科技革命和再生医学产业变革的加速演进，再生医学成为继药物治疗、手术治疗之后的第三种疾病治疗途径，再生医学推动生物和生命健康领域跨越发展。
2020年中国再生医学行业大部分都是有限责任公司，股份有限公司占据较少。
诺普再生医学龙头企业完成数千万元A轮融资!诺普再生医学成立于 2016 年 9 月，是生物 3D 打印领域的国家高新技术企业，再生医学龙头公司备受学术界、再生医学龙头产业界的关注，是工信部最早的增材制造联盟单位、再生医学龙头医疗器械行业协会 3D 打印专委会会员，中国医疗器械行业协会标准化起草单位。
诺普再生医学自成立以来，专注投入再生医学领域，以组织工程学为方向，以生物3D打印技术为基石，满足再生型人工组织市场的迫切需求。在整个再生型人工组织市场中，皮肤、骨和软骨占据重要地位(约30%)。
有数据显示，我国每年皮肤缺损患者多达975万人，骨、软骨损伤患者多达1300万人。其中很多人需要健康的皮肤、骨和软骨组织进行修复和移植来治愈病痛。随着增材制造技术的不断发展，再生医学已成为被学术界和产业界认为最接近于临床转化和规模商业化的技术之一，再生医学被称为推动 21 世纪医疗个性化、再生医学精准化、再生医学微创化和远程化发展的重要技术支撑，再生医学更被政府纳入《中国制造 2025》发展规划。
再生医学成为医美领域持续探索的课题，其中对再生医学材料的探索则是重中之重。目前国内玻尿酸产品竞争则相当激烈，经过大浪淘沙，已然形成“玻尿酸三大巨头”：爱美客、昊海生科、华熙生物。
截止目前，市面上已有超20款玻尿酸获批，国际品牌有乔雅登、瑞蓝、伊婉、艾莉薇以及公主等，国内再生医学则有爱美客旗下的逸美、嗨体宝尼达，华熙生物旗下的润百颜以及昊海生科旗下的海薇等。当时，国内再生医学领域的研究尚处于起步阶段，随着再生医学研究的进展，组织修复与再生医学将在传统治疗技术方法不断完善的基础上，展现分子、细胞、组织和器官不同层次生物高科技修复工程的划时代医疗水准，造福无数需要帮助的病人，2020年中国再生医学业大部分都是有限责任公司，股份有限公司占据较少。
在激烈的再生医学市场竞争中，再生医学企业及投资者能否做出适时有效的市场决策是制胜的关键。再生医学行业研究报告就是为了解行情、再生医学分析环境提供依据，是再生医学企业了解市场和把握发展方向的重要手段，是辅助企业决策的重要工具。报告根据行业监测统计数据指标体系，研究一定时期内中国再生医学行业现状、再生医学变化及趋势。再生医学报告有助于企业及投资者洞察中国行业市场供需行为，评估中国再生医学行业投资价值，为相关企业提供第三方的决策支持。报告内容有助于再生医学行业企业、再生医学投资者了解市场供需情况，并可以为再生医学企业市场推广计划的制定提供第三方决策支持。再生医学报告第一时间为客户提供中国行业年度供求再生医学数据分析，报告具有内容翔实、模型准确、分析方法科学等特点。