曹誼林   

　　DOI：10.3760/cma.j.issn.1009-4598.2017.s1.000

　　作者單位：100144 北京，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院整形外科醫(yī)院

　　通信作者：曹誼林，Email：Yilincao@yahoo.com 

　　組織器官缺損或功能喪失的恢復(fù)一直是臨床治療中的難題，應(yīng)用有活性的組織進(jìn)行修復(fù)，達(dá)到形態(tài)與功能的統(tǒng)一是整形外科醫(yī)生追求的目標(biāo)。隨著醫(yī)學(xué)影像、顯微外科以及移植等技術(shù)的進(jìn)展，采用自體組織進(jìn)行組織器官重建有更多的方案可以選擇，但供體不足和供區(qū)缺損的問題仍然存在。

　　組織工程學(xué)的提出、建立和發(fā)展不但為修復(fù)、替代或再生缺損組織提出了更先進(jìn)的方法，而且可以緩解供區(qū)缺損和不足，同時(shí)減少住院的時(shí)間和費(fèi)用[1]。因此，組織工程技術(shù)在整形外科領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。英國醫(yī)學(xué)研究理事會(huì)認(rèn)為再生醫(yī)學(xué)與組織工程“有希望徹底改革21世紀(jì)醫(yī)療”，美國整形外科協(xié)會(huì)高度評(píng)價(jià)組織工程在整形外科未來發(fā)展中的作用，并強(qiáng)調(diào)需聚焦于基礎(chǔ)研究向臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化[2]。種子細(xì)胞、生物材料和組織構(gòu)建作為組織工程技術(shù)的三要素，其相關(guān)研究的全面推進(jìn)是組織工程發(fā)展的基礎(chǔ)。

　　經(jīng)典的組織工程方法是將自體成體細(xì)胞接種于支架材料，自體成體細(xì)胞最接近于原生組織且沒有免疫原性，作為種子細(xì)胞是最佳選擇，但其來源有限且生長緩慢限制了應(yīng)用潛力。干細(xì)胞的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了少量細(xì)胞構(gòu)建大塊組織的設(shè)想。胚胎和胎兒組織來源的干細(xì)胞，雖然增殖潛力強(qiáng)，但存在倫理和成瘤安全性問題。成體干細(xì)胞來源廣泛，分化能力強(qiáng)，是目前最有應(yīng)用前景的種子細(xì)胞，但仍存在分裂次數(shù)有限，累積遺傳變異等不足。iPSCs技術(shù)提供了新的種子細(xì)胞來源，可以用患者自己的體細(xì)胞制備充足的干細(xì)胞，雖然不存在免疫排斥和倫理問題，但細(xì)胞的重編程可能會(huì)引起表觀遺傳效應(yīng)[3-4]，而且，應(yīng)用iPSCs構(gòu)建的工程化組織植入同基因小鼠仍然會(huì)引起T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)[5]。全面系統(tǒng)了解各種來源細(xì)胞的優(yōu)缺點(diǎn)有利于選擇和組合種子細(xì)胞并優(yōu)化培養(yǎng)和構(gòu)建條件。先進(jìn)的儀器和技術(shù)能夠更深入的了解不同類型細(xì)胞的生物學(xué)行為，如采用動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)細(xì)胞分析檢測(cè)系統(tǒng)、具有更高分辨率和穿透深度的雙光子激發(fā)熒光顯微鏡和拉曼光譜儀等。

　　理想的生物材料能夠?yàn)榧?xì)胞生長提供支架，允許細(xì)胞的黏附、遷移、增殖和分化，促進(jìn)細(xì)胞重組為有功能的3D結(jié)構(gòu)。支架材料一般分為生物（有機(jī)）和合成（無機(jī)）材料。了解天然組織的成分和微結(jié)構(gòu)，開發(fā)精確模擬組織結(jié)構(gòu)的新型材料是組織工程材料發(fā)展的關(guān)鍵和趨勢(shì)。目前，通過自組裝、計(jì)算機(jī)建模，生物打印以及納米技術(shù)能夠設(shè)計(jì)和開發(fā)更為復(fù)雜的材料；而“功能化的”，“修飾后的”或“智能化的”生物材料，可以提供生物分子進(jìn)而協(xié)調(diào)和優(yōu)化細(xì)胞的黏附與生長，以及新組織的合成[6-7]。

　　在組織構(gòu)建中應(yīng)用更符合組織代謝的條件對(duì)組織的生長和成熟至關(guān)重要。不同組織的代謝需求不同，體現(xiàn)在所需的分化信號(hào)、營養(yǎng)滲透、氣體和廢物交換、PH值調(diào)節(jié)以及機(jī)械力學(xué)各異[8-9]等。生物反應(yīng)器可以在體外提供和控制各種條件，除了眾所周知的生長因子，如BMP,VEGF, bFGF,TGF-β等；也可提供各種復(fù)雜環(huán)境因素，包括氧壓力、力學(xué)信號(hào)以及電刺激、電磁刺激等，使組織構(gòu)建微環(huán)境更符合生理?xiàng)l件，從而構(gòu)建特定形態(tài)和功能的組織[10-11]。

　　目前，應(yīng)用組織工程技術(shù)構(gòu)建骨、軟骨、皮膚等結(jié)構(gòu)性組織已較為成熟。多年來，我們研究團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞成功修復(fù)了大動(dòng)物顱骨、下頜骨、股骨等骨缺損；在軟骨組織工程中，應(yīng)用軟骨細(xì)胞和骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞修復(fù)了關(guān)節(jié)軟骨缺損，在動(dòng)物體內(nèi)形成了具有精細(xì)三維結(jié)構(gòu)和皮膚覆蓋的人耳廓形態(tài)軟骨。并在大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開展了臨床應(yīng)用的探索。我們抽取患者少量自體骨髓，經(jīng)體外培養(yǎng)擴(kuò)增骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞后，與骨組織工程支架材料復(fù)合，然后將細(xì)胞材料復(fù)合物植入體內(nèi)骨缺損部位，成功修復(fù)了包括顱骨、牙槽骨、四肢骨等先天性以及創(chuàng)傷、腫瘤切除術(shù)后造成的各類骨缺損病例50余例，術(shù)后隨訪最長超過5年，療效穩(wěn)定[12]。我們還應(yīng)用小耳癥患者的殘耳軟骨細(xì)胞，在體外與軟骨組織工程材料復(fù)合后構(gòu)建人耳廓形態(tài)軟骨，植入體內(nèi)成功修復(fù)了人耳廓畸形，隨訪超過2年，療效滿意。這些成果充分展示了組織工程臨床應(yīng)用的廣闊前景，也使我國的組織工程研究處于國際先進(jìn)水平。

　　整形外科涉及的多為體表組織器官缺損，對(duì)于修復(fù)體形態(tài)的要求更精確。因此，整形外科領(lǐng)域相關(guān)的組織工程研究更重視組織器官的塑形和形態(tài)維持。3D生物打印技術(shù)，因可個(gè)性化定制、成型精度高、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，將組織塑形帶至新高度，特別是在顱頜面骨重建[13]、耳鼻再造[14-15]、皮膚打印[16]及乳房重建[17]等的研究和應(yīng)用都取得了一定成果。此外，包括膀胱[18]、尿道[19]，鼻[20]，陰道[21]等組織的工程化構(gòu)建也都有臨床應(yīng)用的報(bào)道，展示了組織工程技術(shù)在外科治療中的廣泛應(yīng)用。但工程化組織植入體內(nèi)后材料引發(fā)的炎癥、材料降解時(shí)間的控制、以及工程化組織的纖維化等問題仍未有效解決，應(yīng)用工程化的復(fù)合組織達(dá)到穩(wěn)定修復(fù)缺損組織的長期效果還不明確。

　　此外，組織工程的臨床應(yīng)用還沒有國際標(biāo)準(zhǔn)，尚缺乏臨床應(yīng)用的監(jiān)管流程。由于組織工程復(fù)合物一般包含多種成分，如生物分子、細(xì)胞和材料，因此歸類為復(fù)合產(chǎn)品，屬于先進(jìn)療法醫(yī)藥產(chǎn)品類別，不能簡單適用于美國食品和藥物管理局或歐洲藥物管理機(jī)構(gòu)的醫(yī)療產(chǎn)品分類[22]。細(xì)胞分離、擴(kuò)增、分化以及接種支架的各個(gè)過程的操作都需要通過使用批次化的試劑，明確的培養(yǎng)和反應(yīng)器條件，以及自動(dòng)化技術(shù)來進(jìn)行規(guī)范完善，以確保工程化組織的質(zhì)量得到控制，并符合監(jiān)管要求[23]。因此，通過實(shí)施現(xiàn)行藥品生產(chǎn)管理規(guī)范，在生產(chǎn)的全過程中實(shí)施科學(xué)的全面管理和嚴(yán)密監(jiān)控是非常必要的。組織工程技術(shù)仍處于發(fā)展階段，相應(yīng)的監(jiān)管要求也在不斷發(fā)展，需要基礎(chǔ)研究人員、臨床醫(yī)生、行業(yè)專家和監(jiān)管機(jī)構(gòu)之間進(jìn)行不斷溝通。近年來，國際組織工程與再生醫(yī)學(xué)協(xié)會(huì)（TERMIS）與監(jiān)管機(jī)構(gòu)的對(duì)話逐漸增多，以便在監(jiān)管要求上達(dá)成一致，保障組織工程策略的安全性和有效性[24]。

　　毫無疑問，組織工程將對(duì)整形重建外科臨床的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，但也需要清醒的認(rèn)識(shí)到，還存在許多制約組織工程應(yīng)用和發(fā)展的問題，構(gòu)建功能性的工程化復(fù)合組織器官仍然停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段，阻礙組織工程臨床轉(zhuǎn)化的障礙根源仍深植于基礎(chǔ)研究的不足。只有科學(xué)研究、臨床試驗(yàn)以及產(chǎn)業(yè)化的長期協(xié)調(diào)和聯(lián)絡(luò)，才能真正使組織工程的臨床應(yīng)用從潛力變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

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（收稿日期：2017-07-13）