3.4  水凝胶的体外失重 14

结  论 16

致  谢 17

参 考 文 献 18

1  前言

1.1  研究背景

组织工程，是应用工程学和生命科学的原理与方法，将在体外培养、扩增的功能相关的活细胞种种植于多孔支架上，细胞在支架上增殖、分化，构建生物替代物，然后将之移植到组织病损部位，达到修复、维持或改善损伤组织功能的一门学科。

“组织工程”概念提出至今已有20年了。回顾20年发展进程，在种子细胞、三维支架材料、生物活性因子、组织构建、体内植入等方面已取得很大进展，并有一些临床应用的实例证明组织工程的研究路线是正确的，展现了良好的产业化前景。组织工程示意图见图1-1。

20年来，组织工程的发展大致经历了3个阶段：第一阶段，结构组织的组织工程化构建与应用，其标志是1997年美国FDA批准组织工程皮肤上市。同时，在美国、意大利、德国、中国等国家都有组织工程骨、软骨、肌腱等临床应用的初步报告。[1-2] 第二阶段，具有复杂功能的器官的组织工程构建与应用，其标志是2006年Atala在Lancet杂志上发表了组织工程膀胱临床应用的学术论文。同时，也有接种细胞的生物人工肝、生物人工肾、心脏瓣膜、内分泌器官的组织工程化构建研究。证明多细胞结构的组织工程化器官有可能通过组织工程技术获得成功。第三阶段，组织工程概念融入到再生医学的新概念中，其标志是国际组织工程学会与再生医学学会合并、融合成为统一的“组织工程再生医学学会”，并于2007年1月创办了“组织工程与再生医学杂志(Journal of tissue engineering and regenerative medicine），从此组织工程的内涵更加丰富，研究范围更加广阔，应用领域更加广泛。

组织工程有三大要素是种子细胞、支架和生长因子。种子细胞是为支架材料提供生命源泉并能形成组织的功能细胞。种子细胞不但是组织工程研究的基础，也是导致组织工程发展受到制约的瓶颈。主要原因是许多组织细胞（如软骨细胞、内皮细胞）的供体来源和扩增能力均非常有限，无法通过取少量组织体外扩增细胞来构建大块组织，很难实现“小损伤修复大缺损”的组织工程基本设想。干细胞来源范围广，增殖力较强，又能定向地诱导分化为多种目的细胞并形成相应组织。因此，应用干细胞能够实现“小损伤修复大缺损”的基本设想，这为解决组织工程种子细胞的问题提供了良好机遇。种子细胞的培养是组织工程的基本要素，它的研究目的在于获取足够数量的搁细胞，同时保持细胞增殖、合成基质等生物功能并防止细胞老化。组织工程种子细胞主要有三个来源：（1）与缺损组织细胞同源的自体细胞；（2）组织特异干细胞：主要包括骨髓基质干细胞等具有多向分化潜能的多能干细胞及皮肤、肌肉前体细胞等具有定向分化潜能的专能干细胞；（3）胚胎干细胞将作为组织工程的“上游”研究为组织工程的进一步发展提供技术储备，近年研究进展尤为突出。

支架是能与组织活体细胞结合并能植入生物体的三维结构体。它的作用是在结构上加强缺损部位的强度；利用与细胞整合素以及受体的相互作用，作为一种可溶的细胞功能调节因子；阻碍周围其他组织长入，作为体外接种的细胞在体内扩增和增殖的支架；作为细胞、生长因子和基因的生物载体。组织工程支架是组织工程化的最基本构架，为细胞和组织的生长初期提供适宜的环境，并随着组织的构建逐渐降解和消失，从而将新的空间提供给组织和细胞。该结构是细胞进行获取营养、气体交换、废物排泄和生长代谢等活动的场所，是形成新的具有形态和功能的组织、器官的基础。组织工程支架材料是组织工程学研究的热点，它的开发具有广泛的应用前景并且潜在了巨大经济效益，许多发达国家把它列为新世纪最有发展前景的产业之一。