組織工程學(xué)的基本概念

組織工程學(xué)的基本概念組織外傷或缺損治療仍然是修復(fù)重建外科的一個(gè)重大挑戰(zhàn)，其中部分的原因是因?yàn)樽泽w組織移植物來源有限所致。當(dāng)前,許多修復(fù)重建外科手術(shù)治療通常以形成新的組織缺損為代價(jià)來修復(fù)更為重要部位的組織缺損，即“拆東墻補(bǔ)西墻”模式。組織工程技術(shù)的發(fā)展為組織缺損再生修復(fù)帶來了希望。例如，在小鼠背上形成的人耳廓形態(tài)軟骨組織生動(dòng)地展示了組織工程耳軟骨在修復(fù)人耳缺損修復(fù)中的應(yīng)用前景（見參考文獻(xiàn)1）。組織工程的定義根據(jù)文獻(xiàn)2，組織工程的基本概念為：組織工程支架通過提供一個(gè)物質(zhì)結(jié)構(gòu)讓細(xì)胞能夠接種在支架上并能組織和發(fā)展成一個(gè)所需的器官或組織以供體內(nèi)移植。支架材料提供了一個(gè)最初的有生物力學(xué)性能的模版來暫時(shí)替代缺損組織直到種植的細(xì)胞產(chǎn)生足夠的細(xì)胞外基質(zhì)。在新產(chǎn)生的細(xì)胞外基質(zhì)的產(chǎn)生、沉積和結(jié)構(gòu)形成過程中，支架材料被降解或代謝掉，最終形成一個(gè)活的器官或組織來修復(fù)、維持或改進(jìn)組織的功能。組織工程的三個(gè)重要組成部分以及它們的作用種子細(xì)胞：用于產(chǎn)生、沉積細(xì)胞外基質(zhì)和組織形成。支架材料：提供一個(gè)三維空間用于細(xì)胞種植、增殖和分泌細(xì)胞外基質(zhì)。組織形成環(huán)境：細(xì)胞接種之后，它們可以增殖、分泌和沉積細(xì)胞外基質(zhì)到支架材料上。在一個(gè)合適的環(huán)境中，隨著支架材料的逐漸降解和逐步的細(xì)胞增殖、基質(zhì)分泌以及合適的組織重塑，組織工程化組織逐漸形成并的成熟。支架材料類型及對支架材料的要求根據(jù)材料的來源，組織工程支架可以分成兩組：自然物質(zhì)支架材料和合成多聚體支架材料。自然物質(zhì)支架通常來自于植物和動(dòng)物組織，主要為蛋白質(zhì)和碳水化合物成分，包括膠原、明膠、糖胺聚糖、透明質(zhì)酸、纖維蛋白和殼聚糖。這種支架材料的長處是具有非常好的生物相容性。合成聚合物是由化學(xué)單體如羥基酸和酯的聚合形成的。最為常用的聚合物支架為聚羥基酸，包括及聚羥基乙酸（PGA）、聚乳酸（PLA）和它們的共聚物PLGA。這些聚合物可以通過水解而降低其分子量，并最終被代謝為水和二氧化碳。聚合物支架的長處是可以通過設(shè)計(jì)和制造過程來嚴(yán)格控制材料的降解、降解率、孔的大小和空隙率以及其他物理和化學(xué)特性。如此，相對于自然物質(zhì)支架，合成支架材料可以很好的進(jìn)行質(zhì)量控制，從而可以進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)并保持相似的特性。對于組織工程支架材料的基本要求包括：良好的生物相容性：這可以保證細(xì)胞能很好地在支架上存活、增殖和分泌細(xì)胞外基質(zhì)。合適的生物降解性：一旦組織形成之后，支架材料應(yīng)該完全降解。此外，材料降解的速率需要與細(xì)胞增殖和組織形成的速率相吻合。還有，降解率最好能根據(jù)不同類型組織的要求加以控制。三維多孔結(jié)構(gòu)：這個(gè)特性對于為細(xì)胞提供一個(gè)合適的空間用于細(xì)胞黏附、增殖和基質(zhì)合成至關(guān)重要。同時(shí)，這樣的結(jié)構(gòu)也為營養(yǎng)的傳輸和代謝物的運(yùn)輸和神經(jīng)血管化提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。良好的可塑性和力學(xué)性能：這可以保證形成一個(gè)所需形狀的支架材料，并且為需構(gòu)建的組織提供充足的力學(xué)特性以保證相應(yīng)功能的行使。合適的材料表面特性用于細(xì)胞-材料間的相互作用：這一特性除了對有利于細(xì)胞黏附和生長之外，還對維持正常的細(xì)胞表型或促進(jìn)細(xì)胞分化有著特別重要的作用。容易制備：低成本和易于制備對于支架材料的大規(guī)模制備和實(shí)際應(yīng)用是一個(gè)基本的要求。容易消毒：這個(gè)特性可以確保消毒本身不會改變支架材料的基本特性。組織工程在組織修復(fù)中的應(yīng)用骨組織：如長干骨和頭面部骨缺損的修復(fù)。軟骨組織：氣管缺損和關(guān)節(jié)軟骨缺損的修復(fù)。肌腱和韌帶：手外傷中肌腱缺損的修復(fù)或膝關(guān)節(jié)內(nèi)韌帶缺損的修復(fù)。皮膚組織：創(chuàng)面修復(fù)和燒傷治療。血管組織：如肺動(dòng)脈修復(fù)外周神經(jīng)組織：如正中神經(jīng)的修復(fù)。組織工程常用單詞的中英文對照tissueengineering,組織工程tissuegraft,組織移植物engineeredtissue,組織工程化組織seedcells,種子細(xì)胞scaffold,支架extracellularmatrix,細(xì)胞外基質(zhì)naturalscaffold,天然支架材料syntheticpolymers,合成聚合物polymerization,聚合monomer,單體poly-hydroxylacid,聚羥基酸polyglycolicacid,聚羥基乙酸polylacticacid,聚乳酸hydrolysis,水解poresize,孔徑porosity,空隙率biocompatibility,生物相容性biodegradability,生物可降解性there-dimensionalporousst