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基於組織工程的再生醫學發展和應用前景如何？
謝謝妳
@袁林
邀請函！要完整回答這個問題，妳需要寫壹個總結，這顯然不是妳想看到的。所以回答給出了壹些大概的解釋和自己理解上的討論。
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首先說兩個重要的概念:組織工程和再生醫學。
組織工程是壹個多學科的研究領域，它充分應用工程科學、生物科學和基礎醫學的原理，開發和制造具有生物活性的組織或器官替代物，用於維持、替代、修復乃至強化病變組織和器官的功能。這壹概念是由羅伯特·蘭格(麻省理工學院)和約瑟夫·瓦坎蒂(麻省總醫院)在20世紀80年代末90年代初提出的，並在《科學》雜誌上發表研究論文闡述這壹概念和基本原理。
再生醫學是壹個更廣泛的定義，它包括組織工程，但同時也包括身體組織系統的自愈。組織工程和再生醫學目前應用廣泛，主要是因為組織工程的最終目的是替代或加強組織的自愈能力，以治愈復雜的慢性疾病。
(組織工程人耳，鳴謝:哈佛大學)
經過20多年的發展，組織工程在基礎研究、臨床應用和市場轉化方面取得了長足的進步，其研究成果極大地改變了臨床治療思路，使大量患者受益。雖然它是壹門相對較新的學科，但從誕生之日起就引起了人們的廣泛關註。國家(美國、日本、新加坡、中國等。)都在投入大量的研究經費來推動這個學科的發展。同時，大量相關研究人員(臨床醫生、工程師、生物學家、化學家、材料科學家等。)被這壹潛在領域所吸引，並以其在各自領域更為專業的知識和技能不斷推動組織工程學科的發展。
值得指出的是，近年來，我國在組織工程領域投入了前所未有的人力和財力。從65438年到0999-2009年的十年間，中國政府投入了5億人民幣用於組織工程的研究和臨床應用。2012《科學》雜誌發表評論《中國在組織工程方面的推進》，報道了中國在該領域的發展。還報道了國內該領域的開創者:南通大學的顧(神經系統)、上海交通大學的曹以林(骨骼系統)、清華大學的崔福齋(腦組織)。
對於再生醫學，目前組織工程在以下幾個方向取得了不斷的發展和突破:
1.細胞起源
要使目標組織或器官再生，通常需要使用相應的細胞，如心肌細胞(心臟)、上皮細胞(皮膚)、骨骼肌細胞(肌肉)等等。然而，許多細胞在沒有其原生環境的情況下，無法在體外長時間保持其功能和活性。比如肝細胞的體外培養，壹直是個難題。因此，獲得新的細胞來源是非常重要的。多能幹細胞的使用可以在很大程度上解決這個問題。胚胎幹細胞和誘導多能幹細胞(iPS細胞)是當前研究的熱點，尤其是iPS細胞，因其獨特的功能和不會引起倫理問題而成為世界各國研究者的寵兒，不斷開發其定向分化特定組織和器官的新應用。同時，比多能幹細胞更具特異性的組織幹細胞，如骨髓間充質細胞、脂肪幹細胞、臍帶血幹細胞等。也已經被研究人員用來再生不同的組織。更多的特定細胞，如軟骨形成祖細胞和心臟祖細胞，也已被成功分離並用於相應組織的再生。
(iPS細胞形成菌落，鳴謝:Flickr)
2.新生物材料
成功的組織工程必然離不開生物材料的發展。材料的選擇對於再生具有不同特性的生物組織是非常重要的。在組織工程的早期階段，材料通常被用作支持細胞附著和生長的支架。目前新材料的開發主要集中在材料的生物學特性上。新材料不僅要作為支架，還要與細胞相互作用，誘導細胞遷移、擴增和定向分化。同時，新材料被賦予了調節細胞生長微環境的功能，如釋放生長因子、傳遞信號因子、抑制炎癥等。還有可以自組裝的新型生物材料，在外界刺激的條件下，在特定的時間和特定的微環境中，可以自組裝成靶組織或器官的形狀。盡管這些研究仍處於探索的早期階段，但我們可以預見未來會有激動人心的突破。
(新型生物材料仿生肝組織工程，鳴謝:NIH)
3.信號因素
對於體外細胞培養來說，如果沒有體內的原始環境和相關信號因子，很難成功、高效地分化成靶組織和器官。經過多年的研究，壹些組織定向分化所需的生長因子已逐漸確定。傳統的組織工程方法通常直接應用已建立的生長因子組合來培養細胞或負載細胞的支架材料。但生長因子的分離純化費時費錢，不是長期使用的最佳選擇。目前，該領域的發展主要集中在化學小分子、基因、物理刺激等方面。通過化學小分子的作用，可以激活相當於生長因子的生物信號通路，從而誘導細胞分化。基因轉導使細胞在沒有外界刺激的情況下分化並獲得功能。不同靶組織分化過程中的物理刺激，如失重、壓力、支架材料的表面結構等。，還能促進細胞分化。結合新的生物材料，結合不同的信號因子和材料也是壹個研究熱點，即所謂的“智能材料”。比如具有藥物緩釋功能的支架，負載質粒DNA的水溶膠等等。
(去細胞大鼠腎臟的再細胞化，鳴謝:哈佛醫學院)
4.生物制造方法
生物制造是壹個相對較新的術語。顧名思義，就是利用基本元素(細胞、生長因子、生物材料等。)組成有機體以產生功能性生物組織或器官或用於研究的生物系統。在這裏，我主要說壹下前者。最傳統的組織工程制造方法是將細胞裝入3D支架中，在有生長因子的環境中培養。經過多年的發展，已經開發出大量針對不同組織的制造方法。例如，脫細胞的再細胞化已經用於肝、腎、心臟等的組織工程。細胞片的3D組裝也已成功應用於軟骨、血管、皮膚等組織，臨床產品已用於患者。微組織作為壹種基本的結構單位，也被成功地用於血管、肝組織和肌肉組織的再生。目前非常熱門的3D生物打印技術的出現，給組織工程和再生醫學帶來了又壹輪新的革命。由於其精準的控制能力和個性化的特點，使得定制人體組織和器官成為可能。盡管3D生物打印處於初步研究階段，但仍有許多困難需要克服(參見:
3D生物打印的主要難點是什麽？
)，但隨著技術的成熟和組織工程的自發發展，3D生物學成功打印人體器官已經不是幻想。
(用於組織工程的3D生物打印，鳴謝:維克森林大學)
組織工程壹直在不斷發展和進步。雖然大量的研究成果還局限在實驗室階段，但很多技術已經進入臨床轉化甚至市場化。不僅是其在醫學領域的應用，利用再生組織進行藥物檢測和毒理學試驗被認為是未來5-10年的研究熱點，這也將為生物醫藥產業帶來革命性的突破。
(人體芯片藥物測試模型，鳴謝:哈佛大學Wyss研究所)
參考:
1.
中國推進組織工程
2.
組織工程和器官制造實驗室
3.
蘭格實驗室:羅伯特·蘭格教授
4.
/標簽/組織工程
(推薦閱讀)
6.
/terms/tissue_engineering.htm
(推薦閱讀)
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轉載請註明出處。
YY博士
關註問題，寫答案。
12答案
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