什么是組織工程？

組織工程(TISSUE ENGINEERING,TE)是生產(chǎn)組織的一系列技術組合，主要用于修復人體組織。組織工程也有一些衍生應用，如藥物篩選和人造肉。組織工程產(chǎn)品與醫(yī)學植入體不同，醫(yī)學植入體是用人工材料制作的技術裝置，不包含活組織部分。
組織工程用于臨床應用和開發(fā)
今天，在臨床應用方面已經(jīng)有若干個組織工程案例如：皮膚、軟骨、骨頭、心臟瓣膜和膀胱。而在研究階段和動物實驗階段的例子則更多，如人工肝、人工胰腺、人工血管。在大部分案例中，組織都是體外培育，然后植入患者體內(nèi)。然而科學家也有一些大膽的想法和嘗試，比如原位實施組織工程：將一批人工孵育的細胞植入體內(nèi)，然后在體內(nèi)發(fā)育成預期的組織。
如何工作 – 組織工程過程的三個關鍵因素
組織工程實施過程中的關鍵因素：第一是組織、或者細胞樣本，其包含了組織工程的種子，或者叫起點；第二是一個用以固定和支持種子生長的支架，控制其在特定位置，生長為預期的幾何形狀；第三個是包含信號物質(zhì)和養(yǎng)分等的環(huán)境，能夠控制細胞培養(yǎng)或組織種子生長出期望的生物特性，包括幾何大小和形狀及生物功能特性。
生物反應器控制組織的形狀和功能特性
組織工程通常在一個設計好的生物反應器中進行，生物反應器能夠控制組織的幾何形狀和生物功能特性。另外，生物反應器也能夠提供壓力和溫度環(huán)境，以及特定的運動程序，如攪拌和旋轉。現(xiàn)如今，使用2D和3D打印來構建復雜的組織工程結構已經(jīng)越來越流行。
有些組織需要血管化
就現(xiàn)階段的困難與挑戰(zhàn)而言，目標組織是否需要血管化是一個分水嶺：有一些TE在組織生長中有血管，用來運送營養(yǎng)素和氧氣及去除廢物；另外一些TE則無需血管。例如，TE心臟瓣膜因為被血液包圍，能夠直接運送營養(yǎng)素和氧氣，從而不需要血管化；而人工TE肝臟或者胰腺必須內(nèi)部血管化。
實施組織工程的三種細胞類型或組織
組織工程實施的起始樣本或者細胞培養(yǎng)可以是自體的，即來源于同一個被治療個體。也可以是同種異體的，也就是說來源于同一個物種，一般為人，但是屬于不同的個體。也可以來源于異種異體的，也就是來源于非人類的其他物種。當然，從兼容性來說，自體來源的細胞或者組織具有幾個優(yōu)勢，能夠與病人的組織和生理兼容，并且降低免疫反應。
干細胞的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)
干細胞是一個特例，并且它具有顯著的優(yōu)勢。有幾種不同類型的干細胞，比如成人干細胞和胚胎干細胞。成人干細胞用于特定的組織類型。它存在于人體并且可以修復或更新人體組織，如：骨頭，肌肉，皮膚。胚胎干細胞是未分化的胚胎細胞。它們具有多功能性，能夠如在自然狀態(tài)下從起始胚胎階段發(fā)育為一個生命體那樣，具有發(fā)育為任何類型細胞和組織的潛力。對于組織工程來說，它們的多功能是一個祝福，然而也是一個詛咒：因為這些細胞能夠分化為任何類型的細胞和組織，換句話說，科學家很難控制它們分化，來引導它們成為期望的細胞，而同時避免分化為不期望的細胞類型。
因為胚胎干細胞牽涉到特殊的倫理問題，因此成人干細胞可能更具吸引力。山中伸彌(2012年諾貝爾獎獲得者)的一個重要發(fā)現(xiàn)解決了此倫理困局，并且賦予組織工程全面的優(yōu)勢。那些成熟分化的細胞能夠逆轉為上游干細胞。伴隨這項工作的成功，科學家將無需收集胚胎干細胞。
組織工程在生理或修復之外的其他使用場景
如上文所述，組織工程主要目的是開發(fā)組織和器官形式的人體功能修復。然而，也有一些常規(guī)TE衍生的有趣應用。
人造肉
組織工程一個相當有趣的應用叫做人造肉。這個想法很簡單-在生物反應器里利用細胞培養(yǎng)肉，即實質(zhì)上的肌肉細胞或組織。此“肉”能夠通過上面提到的不同種類的干細胞或者肌原細胞(一種肌肉干細胞)培育而來。目前來看，依然沒有商業(yè)化的產(chǎn)品可用，但是各種制造廠已經(jīng)在籌劃之中。人造肉的潛在優(yōu)勢包括：降低生產(chǎn)肉類所帶來的溫室氣體排放，降低用于家畜飼養(yǎng)及家畜喂養(yǎng)過程的農(nóng)田占用。
藥物測試和篩選
在藥物測試和篩選過程中，組織工程可能是其最有趣的應用。如果一種代表性的組織或器官被工程化，那么它可以作為評估藥物有效性，劑量和可能的副作用的特定測試位點，并可以用于針對此特殊組織的藥物開發(fā)。這樣的組織工程可能降低實驗動物的使用量，縮短臨床試驗時間，且極大可能降低藥物發(fā)開的費用。
研發(fā)領域的生物材料和組織工程有何差別？
生物材料是人造材料，開發(fā)目的是用于醫(yī)學治療。它們常常通過不同的途徑整合進周圍組織。相比之下，TE是通過一系列方法，使用活細胞或組織種子來制造具有活體功能的組織。TE最初被認為是生物材料亞學科領域，其原因是使用支架和模板，以及用于TE的其他材料，因為TE起初非常專注支架等的材料研究。今天，TE被認為是一個自我獨立的科研領域，并且與生物材料有較大重合。
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QSense在生物材料和醫(yī)療設備領域的應用

QSense ^® QCM-D技術可以廣泛應用于生物材料和醫(yī)療設備領域的研究。如：

1. 生物相容性的表征和評價
2. 實時表征蛋白質(zhì)吸附
3. 超分子生物活性材料的設計和表征
4. 生物分子相互作用分析
5. 支撐生物膜-制備和表征
6. 監(jiān)測和表征聚合物刷以及聚電解質(zhì)多層膜的構建和響應
7. 實時表征細胞粘附和鋪展
8. 生物礦化的表征
9. 作為聲學生物傳感器廣泛應用于生物傳感器開發(fā)和應用

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