引用本文： 位曉娟, 奚廷斐, 鄭玉峰. 生物源組織工程支架材料研究進展. 中國修復重建外科雜志, 2014, 28(6): 784-788. doi: 10.7507/1002-1892.20140173 復制
自2003年以來，各國組織工程領域的研究均未出現重大突破，產業化方面也無新的組織工程醫療產品通過美國食品藥品監督管理局（FDA）認證，整個產業從狂熱期轉入低潮期。經過幾年的冷靜思考和科學調研，美國國家科技委員會于2007年6月制定了“Advancing Tissue Science and Engineering：A Multi-Agency Strategic Plan”[1]，基于對組織工程研究和產業化降溫的主要瓶頸問題的把握和分析，提出了產業調整、優化、升級的系統策略和計劃，不僅將“組織工程”從定義和概念上拓展為“組織科學與工程”，而且將其應用范圍進行了科學外延，首次明確將工程化組織的非治療領域應用納入其中，例如生物傳感器檢測生物/化學危險物質、細胞工廠生產復雜精密蛋白、神經細胞網絡及復合計算機器械的構建等。此外，該項計劃中對組織科學與工程的總體目標、優先領域以及標準制定等方面也進行了優化調整，強調了生物材料的支架功能及細胞外基質/微環境研究的重要性，并突出了推動產品轉化和商業化的緊迫性。
我國組織工程研究及產業化經過十幾年的培育與布局已初具規模，而且隨著國家科技部和基金委支持力度的增加，基礎研究及應用研究平臺的建設也相對完善。據統計，1999年－2010年我國科技部門對相關領域的經費支持已達5億元人民幣，培養并孵育了一大批科研單位和產品項目，其中組織工程皮膚、神經、骨、軟骨和肌腱是研究和開發重點。生物源組織工程支架材料作為構建組織工程產品的主要因素之一，其發展、成熟和完善是推動該行業健康穩定發展的關鍵。現就生物源組織工程支架材料的研究進展作一綜述。
1 組織工程支架材料發展巡禮
組織工程支架材料的基本功能是構建再生組織的形態并協調各類細胞的行為。隨著組織工程研究的發展，支架材料的選擇已由“就易取材”轉變為“選擇取材”，即根據特定應用所需性能選擇相適應或相匹配的支架材料。早期組織工程使用的合成聚合物材料雖具有較好的生物相容性、生物降解性，以及適宜的強度、彈性、韌性和多孔性等機械性能[2-3]，但不能有效改善或協調各種細胞行為。生物源組織工程支架材料，如膠原、透明質酸、殼聚糖[4]等，是繼合成聚合物材料之后的第2代支架材料，其細胞應答和組織相容性優于合成聚合物材料，但其結構和功能的仿生性仍需完善。目前，研發能在分子水平上刺激細胞產生特殊應答反應的第3代組織工程支架材料，已成為基礎研究和產業界普遍關注的熱點問題，這類材料將生物活性材料與可降解材料兩個獨立的概念有機結合起來，通過在可降解材料上進行活性組份修飾或直接選擇在表面具有生物活性組份的材料得以實現。其中生物活性組份能與細胞表面受體結合，促進細胞黏附、增殖、分化以及細胞外基質的合成與組裝，從而啟動機體的再生應答系統，實現目標組織或器官的有序再生。脫細胞支架材料和細胞外基質材料是目前最符合上述要求的組織工程支架材料，且具有良好的產品轉化可行性。
2 生物源組織工程支架材料現況
目前正處于研究階段或產業化的生物源組織工程支架材料主要包括3類：① 生物衍生材料，如膠原、透明質酸、海藻酸、殼聚糖等；② 異種或同種異體脫細胞基質，如脫細胞骨、脫細胞氣管等；③ 細胞外基質，如細胞片層。基于這3類支架材料的組織工程產品正逐漸成為產業增長熱點，許多前沿研究正不斷取得重大進展，多項相關產品處于重大突破邊緣。
2.1 生物衍生材料
2.1.1 膠原
組織工程皮膚、骨、軟骨是基于膠原支架構建的主要生物源組織工程產品，迄今已有多項成果如皮膚、骨等得以產品轉化，其療效已被普遍認可。還有許多膠原基組織工程產品已處于研發突破邊緣或進入臨床試驗階段。Radisic等[5]將心肌細胞接種至膠原支架，并外加電場刺激細胞生長和組裝，8 d后獲得有功能的小塊心臟組織，這是首次成功獲得具有類似心臟跳動節律的致密化組織工程心臟組織，開創了生長性心臟組織構建的藍圖。
① 膠原支架基組織工程皮膚：組織工程皮膚是最主要的膠原基組織工程產品之一，美國FDA已批準多項膠原基組織工程皮膚產品上市（表 1），經幾十年的臨床使用且不斷提升，產品不斷升級完善，市場接受度和容納體量不斷增加，從而形成巨大發展空間和潛力。以美國Organogenesis Inc/Novartis公司的Apligraf產品為例，2001年作為第2代產品的Apligraf銷售總額已達1 000萬美元，其2000年的銷售額比第1代產品Dermagraft[6]增長了177%。在我國，國家食品藥品監督管理總局（CFDA）于2007年批準上市的“安體膚”是首例自主研發的組織工程產品，由第四軍醫大學金巖教授及其團隊研發并經陜西艾爾膚組織工程有限公司成功轉化上市，該產品主要由牛膠原蛋白支架和人源性表皮細胞、真皮成纖維細胞構成，經一段時間培養后形成具有一定形態和功能的活性組織工程皮膚，可直接用于各類皮膚創傷，降低感染和免疫排斥、促進創面愈合、減少瘢痕形成[7-10]。
表1
美國FDA批準的代表性膠原基組織工程皮膚產品
Table1.
Representative collagen-based tissue engineered skin products approved by FDA
② 膠原支架基組織工程軟骨及骨：作為軟骨的主要組份，膠原是通過仿生手段構建組織工程軟骨的理想支架之一。Ⅰ/Ⅲ型膠原補片用于軟骨修復可有效減少術后并發癥，相關產品已獲得歐盟許可，如Chondro-Gide（Geistlich Biomaterials公司，瑞士）[11]、ChondroClelect（Tigenix Inc公司，比利時）[12]等。將患者自體細胞接種至膠原支架上，在生物反應器中培養一段時間后形成組織工程軟骨，移植后可有效提高關節運動功能，減輕疼痛，相關產品如Neocart（Histogenics公司，美國）[13]正在臨床試驗階段。我國自主研發的膠原支架基組織工程軟骨產品也已成功上市，并取得良好臨床反饋。浙江大學歐陽宏偉教授課題組用豬雙層膠原支架和自體細胞復合構建組織工程軟骨，取得了突破性進展，已進入產品申報審批階段。關節動力安達（天津）生物科技有限公司用鼠Ⅰ型膠原支架和自體細胞構建的組織工程軟骨產品CaReS、CaReS 1S已成功上市[14-15]，該產品支架為三維凝膠形態，用量和形狀均可根據臨床所需進行有效調整，其臨床療效已在歐盟得到普遍認可。北京奧精醫藥科技有限公司等單位以納米晶膠原基為骨修復材料[16-18]，經臨床應用20 000余例證實其修復效果接近同種異體骨，該產品已于2005年獲得產品許可證，目前正進一步采用重組膠原礦化的納米晶膠原基骨修復材料、短肽BMP-2小分子活性肽P24、規模化體外擴增自體BMSCs構建組織工程骨。
2.1.2 殼聚糖
作為自然界唯一負載正電荷的天然生物材料，殼聚糖除具有良好的生物支架性能和安全性外，還兼具良好的止血、促愈合、消炎、鎮痛、抑菌等多種生物活性，是組織工程支架的首選材料之一。目前已上市的殼聚糖支架基組織工程產品主要集中于皮膚、外周神經和中樞神經修復等領域。
由第三軍醫大學伍津津教授率隊研發的復方殼多糖組織工程皮膚已完成型式檢驗，在國內7家醫院、研究所進行臨床試驗，該“人工皮膚”由復方殼多糖支架和動物源性材料以及人成纖維細胞、角質形成細胞構成，具有表皮、真皮雙層結構，可防止創面感染、促進肉芽生成，適用于大面積燒傷、慢性難愈性潰瘍或腫瘤切除后的皮膚缺損等[19]。組織工程（上海）國家工程研究中心將種子細胞與殼聚糖-明膠薄膜材料復合，體外構建含汗腺的組織工程皮膚，目前已處于技術和產品突破邊緣。南通大學顧曉松教授和解放軍總醫院盧世璧院士領銜的項目組構建殼聚糖支架用于橋接外周神經缺損也取得重大突破[20]，其成果獲得2012年國家科技進步二等獎，相關產品正在國內4家醫院進行多中心臨床試驗。首都醫科大學李曉光教授團隊將神經營養因子負載于殼聚糖支架上，改善損傷局部微環境誘導神經軸突生長；動物研究證實，該支架可重建生理機能并改善部分行為障礙[21]。目前該支架已完成了型式檢驗并獲準進入臨床試驗階段。
2.1.3 海藻酸
海藻酸是最早應用于臨床的天然生物材料之一，由于缺乏哺乳動物細胞特異識別位點而具有相對生物惰性，在傷口敷料、齒科印模以及藥物緩釋等領域已獲得普遍認可。雖然以海藻酸作為組織工程支架的研究已涉及到多個領域，如骨科、心內科、普外科等，美國FDA也公布了“ASTM F2064 生物醫學和組織工程醫學產品用的作為原料的藻酸鹽特性和測試標準指南”（我國等同轉化為行業標準“YY/T 0606.8-2008 組織工程醫療產品第8部分：海藻酸），但海藻酸基組織工程產品的成果轉化仍滯后。將海藻酸及其衍生物作為原位組織工程材料用于心衰的治療，已成為心衰治療新策略而已引起重視，但迄今這一技術尚處于完善和突破邊緣，美國FDA和歐盟均無已上市產品。將海藻酸提純精制后經特殊工藝交聯制備力學性能適宜的水凝膠，注入心衰動物模型的左室心肌游離壁中，證實該原位組織工程材料具有良好的組織支撐性能和生物安全性能，可有效減小左室尺寸，降低室壁應力，增加室壁厚度和射血指數，從而改善左室的功能和形態，抑制左室的病理性重塑，從而阻止甚至逆轉心衰的惡性累進，為解決這一傳統療法不可回避的難題提供了新途徑及新思路[22]。目前，該項工作已有部分動物實驗研究報道，但進入臨床應用尚需大量的安全性和有效性驗證[23]。
2.2 脫細胞基質
Song 等[24]提出利用脫細胞基質產品作為組織工程學的構建基礎，具有合成材料無法比擬的優勢和潛力。脫細胞基質支架具有天然的生物學結構和部分功能，是目前最為理想的細胞微環境，已成為最具潛力和可行性的產品開發和成果轉化熱點。
隨著脫細胞技術的日臻成熟，已有多種同種異體或異種脫細胞基質支架得以成功轉化應用于臨床，包括脫細胞同種異體氣管、脫細胞同種異體神經和脫細胞異種角膜。2008年6月，英國布利斯托醫學院和西班牙巴塞羅那醫學院聯合從嚴重肺結核及左肺完全損壞的患者抽取BMSCs，采用同種異體脫細胞氣管作為支架在體外培養和擴增4 d后植入體內，2個月后隨訪患者肺功能恢復正常，該個案報道已在《Lancet》雜志發表[25]。廣州中大醫療器械公司采用脫細胞同種異體神經為支架，將雪旺細胞與BMSCs共培育誘導干細胞向雪旺細胞分化制備批量種子細胞，從而構建組織工程神經[26]，目前已獲得CFDA批準進入臨床應用。中山大學采用自體BMSCs與同種異體脫細胞神經材料復合，在體內構建組織工程周圍神經，研究成果已在《Brain》雜志上發表并被封面錄用[27]，該成果已完成產品型式檢驗。中山大學中山眼科中心王智崇團隊制備了脫細胞角膜基質支架，動物板層移植實驗顯示移植40 d后角膜透明度和功能均恢復，該技術已申請國家發明專利且獲得授權，并已進入臨床試驗階段。
脫細胞器官的出現是組織工程技術發展的里程碑。2008年，Harald教授帶領團隊采用灌注法成功制備了完整豬脫細胞心臟，將心肌細胞和內皮細胞接種至該脫細胞心臟支架后置于生物反應器中灌注培養，8 d后在外界生理和電信號刺激下可產生心臟泵功能[28]。Uygun等[29]也利用脫細胞技術制備了大鼠脫細胞肝臟，接種成體肝細胞并經體外灌注培養后，可體外分泌白蛋白、合成尿素并表達細胞色素P450，將支架-細胞復合物植入大鼠體內后也可正常執行部分功能。此外，許多研究團隊已利用脫細胞技術制備了多種其他脫細胞器官，并證實其有巨大潛力用于組織工程器官的再生構建，如脫細胞小腸[30]、脫細胞肺[31-32]、脫細胞膀胱[33]、脫細胞腎臟[34]等。
2.3 細胞外基質
細胞外基質是多細胞組織構建的基礎，可為細胞提供有序的空間結構和錨定位點，并提供特定的機械力學和生物化學刺激信號，有序地控制和調節細胞的歸巢、黏附、伸展、增殖、分化、遷移和凋亡等行為。值得強調的是，這種細胞與細胞外基質之間的相互作用是一個動態變化過程，目前絕大部分組織工程仿生支架尚未解決該難題。因此，以完整的細胞外基質作為組織工程支架具有得天獨厚的優勢，也是組織工程支架的新興研究熱點，具有規模化產業生產的潛力。日本Okano教授提出的細胞片層技術是迄今制備體外細胞單層的首選方案，已成功應用于多種細胞片層的培養和制備[35-38]。2004年，細胞片層技術用于4例患者的眼表重建，經1年多隨訪仍保持良好透光性而無其他并發癥[35]；細胞片技術用于擴張性心肌病治療也屢獲突破[36-39]；此外，其還可用于多種組織的修復重建，如食道[40]、牙周組織[41]、胰島[42]、骨[43]等。將多層細胞片層復合可進行三維組織構建[44-45]。基于上述成果，Okano教授帶領團隊在FIRST計劃的支持下，已展開基于細胞片層技術的組織工廠和器官工廠的建設，為成果產業化、規模化奠定基礎。
3 總結
組織工程支架材料是組織工程領域產業化最活躍、產品輸出最集中的部分，其健康、持續、穩定發展和監控是醫療衛生普遍關注的重點問題，生物源組織工程支架材料產品的開發設計是該領域的研究熱點之一。由于該領域是學科交叉最多、知識密集的高技術產業，其發展需要上、下游知識、技術和相關環境、標準規范的支撐。目前，生物源組織工程支架材料已有多項產品成功應用于臨床，切實提高了生命質量，許多新興技術或產品正不斷涌現；其中，脫細胞支架和細胞外基質最有望成為該領域未來幾年內研究和產品開發的新增長點。相應地，政府監管、產品審批、行業標準制定等方面也需要不斷與時俱進，以滿足行業發展的需要。
自2003年以來，各國組織工程領域的研究均未出現重大突破，產業化方面也無新的組織工程醫療產品通過美國食品藥品監督管理局（FDA）認證，整個產業從狂熱期轉入低潮期。經過幾年的冷靜思考和科學調研，美國國家科技委員會于2007年6月制定了“Advancing Tissue Science and Engineering：A Multi-Agency Strategic Plan”[1]，基于對組織工程研究和產業化降溫的主要瓶頸問題的把握和分析，提出了產業調整、優化、升級的系統策略和計劃，不僅將“組織工程”從定義和概念上拓展為“組織科學與工程”，而且將其應用范圍進行了科學外延，首次明確將工程化組織的非治療領域應用納入其中，例如生物傳感器檢測生物/化學危險物質、細胞工廠生產復雜精密蛋白、神經細胞網絡及復合計算機器械的構建等。此外，該項計劃中對組織科學與工程的總體目標、優先領域以及標準制定等方面也進行了優化調整，強調了生物材料的支架功能及細胞外基質/微環境研究的重要性，并突出了推動產品轉化和商業化的緊迫性。
我國組織工程研究及產業化經過十幾年的培育與布局已初具規模，而且隨著國家科技部和基金委支持力度的增加，基礎研究及應用研究平臺的建設也相對完善。據統計，1999年－2010年我國科技部門對相關領域的經費支持已達5億元人民幣，培養并孵育了一大批科研單位和產品項目，其中組織工程皮膚、神經、骨、軟骨和肌腱是研究和開發重點。生物源組織工程支架材料作為構建組織工程產品的主要因素之一，其發展、成熟和完善是推動該行業健康穩定發展的關鍵。現就生物源組織工程支架材料的研究進展作一綜述。
1 組織工程支架材料發展巡禮
組織工程支架材料的基本功能是構建再生組織的形態并協調各類細胞的行為。隨著組織工程研究的發展，支架材料的選擇已由“就易取材”轉變為“選擇取材”，即根據特定應用所需性能選擇相適應或相匹配的支架材料。早期組織工程使用的合成聚合物材料雖具有較好的生物相容性、生物降解性，以及適宜的強度、彈性、韌性和多孔性等機械性能[2-3]，但不能有效改善或協調各種細胞行為。生物源組織工程支架材料，如膠原、透明質酸、殼聚糖[4]等，是繼合成聚合物材料之后的第2代支架材料，其細胞應答和組織相容性優于合成聚合物材料，但其結構和功能的仿生性仍需完善。目前，研發能在分子水平上刺激細胞產生特殊應答反應的第3代組織工程支架材料，已成為基礎研究和產業界普遍關注的熱點問題，這類材料將生物活性材料與可降解材料兩個獨立的概念有機結合起來，通過在可降解材料上進行活性組份修飾或直接選擇在表面具有生物活性組份的材料得以實現。其中生物活性組份能與細胞表面受體結合，促進細胞黏附、增殖、分化以及細胞外基質的合成與組裝，從而啟動機體的再生應答系統，實現目標組織或器官的有序再生。脫細胞支架材料和細胞外基質材料是目前最符合上述要求的組織工程支架材料，且具有良好的產品轉化可行性。
2 生物源組織工程支架材料現況
目前正處于研究階段或產業化的生物源組織工程支架材料主要包括3類：① 生物衍生材料，如膠原、透明質酸、海藻酸、殼聚糖等；② 異種或同種異體脫細胞基質，如脫細胞骨、脫細胞氣管等；③ 細胞外基質，如細胞片層。基于這3類支架材料的組織工程產品正逐漸成為產業增長熱點，許多前沿研究正不斷取得重大進展，多項相關產品處于重大突破邊緣。
2.1 生物衍生材料
2.1.1 膠原
組織工程皮膚、骨、軟骨是基于膠原支架構建的主要生物源組織工程產品，迄今已有多項成果如皮膚、骨等得以產品轉化，其療效已被普遍認可。還有許多膠原基組織工程產品已處于研發突破邊緣或進入臨床試驗階段。Radisic等[5]將心肌細胞接種至膠原支架，并外加電場刺激細胞生長和組裝，8 d后獲得有功能的小塊心臟組織，這是首次成功獲得具有類似心臟跳動節律的致密化組織工程心臟組織，開創了生長性心臟組織構建的藍圖。
① 膠原支架基組織工程皮膚：組織工程皮膚是最主要的膠原基組織工程產品之一，美國FDA已批準多項膠原基組織工程皮膚產品上市（表 1），經幾十年的臨床使用且不斷提升，產品不斷升級完善，市場接受度和容納體量不斷增加，從而形成巨大發展空間和潛力。以美國Organogenesis Inc/Novartis公司的Apligraf產品為例，2001年作為第2代產品的Apligraf銷售總額已達1 000萬美元，其2000年的銷售額比第1代產品Dermagraft[6]增長了177%。在我國，國家食品藥品監督管理總局（CFDA）于2007年批準上市的“安體膚”是首例自主研發的組織工程產品，由第四軍醫大學金巖教授及其團隊研發并經陜西艾爾膚組織工程有限公司成功轉化上市，該產品主要由牛膠原蛋白支架和人源性表皮細胞、真皮成纖維細胞構成，經一段時間培養后形成具有一定形態和功能的活性組織工程皮膚，可直接用于各類皮膚創傷，降低感染和免疫排斥、促進創面愈合、減少瘢痕形成[7-10]。
表1
美國FDA批準的代表性膠原基組織工程皮膚產品
Table1.
Representative collagen-based tissue engineered skin products approved by FDA
② 膠原支架基組織工程軟骨及骨：作為軟骨的主要組份，膠原是通過仿生手段構建組織工程軟骨的理想支架之一。Ⅰ/Ⅲ型膠原補片用于軟骨修復可有效減少術后并發癥，相關產品已獲得歐盟許可，如Chondro-Gide（Geistlich Biomaterials公司，瑞士）[11]、ChondroClelect（Tigenix Inc公司，比利時）[12]等。將患者自體細胞接種至膠原支架上，在生物反應器中培養一段時間后形成組織工程軟骨，移植后可有效提高關節運動功能，減輕疼痛，相關產品如Neocart（Histogenics公司，美國）[13]正在臨床試驗階段。我國自主研發的膠原支架基組織工程軟骨產品也已成功上市，并取得良好臨床反饋。浙江大學歐陽宏偉教授課題組用豬雙層膠原支架和自體細胞復合構建組織工程軟骨，取得了突破性進展，已進入產品申報審批階段。關節動力安達（天津）生物科技有限公司用鼠Ⅰ型膠原支架和自體細胞構建的組織工程軟骨產品CaReS、CaReS 1S已成功上市[14-15]，該產品支架為三維凝膠形態，用量和形狀均可根據臨床所需進行有效調整，其臨床療效已在歐盟得到普遍認可。北京奧精醫藥科技有限公司等單位以納米晶膠原基為骨修復材料[16-18]，經臨床應用20 000余例證實其修復效果接近同種異體骨，該產品已于2005年獲得產品許可證，目前正進一步采用重組膠原礦化的納米晶膠原基骨修復材料、短肽BMP-2小分子活性肽P24、規模化體外擴增自體BMSCs構建組織工程骨。
2.1.2 殼聚糖
作為自然界唯一負載正電荷的天然生物材料，殼聚糖除具有良好的生物支架性能和安全性外，還兼具良好的止血、促愈合、消炎、鎮痛、抑菌等多種生物活性，是組織工程支架的首選材料之一。目前已上市的殼聚糖支架基組織工程產品主要集中于皮膚、外周神經和中樞神經修復等領域。
由第三軍醫大學伍津津教授率隊研發的復方殼多糖組織工程皮膚已完成型式檢驗，在國內7家醫院、研究所進行臨床試驗，該“人工皮膚”由復方殼多糖支架和動物源性材料以及人成纖維細胞、角質形成細胞構成，具有表皮、真皮雙層結構，可防止創面感染、促進肉芽生成，適用于大面積燒傷、慢性難愈性潰瘍或腫瘤切除后的皮膚缺損等[19]。組織工程（上海）國家工程研究中心將種子細胞與殼聚糖-明膠薄膜材料復合，體外構建含汗腺的組織工程皮膚，目前已處于技術和產品突破邊緣。南通大學顧曉松教授和解放軍總醫院盧世璧院士領銜的項目組構建殼聚糖支架用于橋接外周神經缺損也取得重大突破[20]，其成果獲得2012年國家科技進步二等獎，相關產品正在國內4家醫院進行多中心臨床試驗。首都醫科大學李曉光教授團隊將神經營養因子負載于殼聚糖支架上，改善損傷局部微環境誘導神經軸突生長；動物研究證實，該支架可重建生理機能并改善部分行為障礙[21]。目前該支架已完成了型式檢驗并獲準進入臨床試驗階段。
2.1.3 海藻酸
海藻酸是最早應用于臨床的天然生物材料之一，由于缺乏哺乳動物細胞特異識別位點而具有相對生物惰性，在傷口敷料、齒科印模以及藥物緩釋等領域已獲得普遍認可。雖然以海藻酸作為組織工程支架的研究已涉及到多個領域，如骨科、心內科、普外科等，美國FDA也公布了“ASTM F2064 生物醫學和組織工程醫學產品用的作為原料的藻酸鹽特性和測試標準指南”（我國等同轉化為行業標準“YY/T 0606.8-2008 組織工程醫療產品第8部分：海藻酸），但海藻酸基組織工程產品的成果轉化仍滯后。將海藻酸及其衍生物作為原位組織工程材料用于心衰的治療，已成為心衰治療新策略而已引起重視，但迄今這一技術尚處于完善和突破邊緣，美國FDA和歐盟均無已上市產品。將海藻酸提純精制后經特殊工藝交聯制備力學性能適宜的水凝膠，注入心衰動物模型的左室心肌游離壁中，證實該原位組織工程材料具有良好的組織支撐性能和生物安全性能，可有效減小左室尺寸，降低室壁應力，增加室壁厚度和射血指數，從而改善左室的功能和形態，抑制左室的病理性重塑，從而阻止甚至逆轉心衰的惡性累進，為解決這一傳統療法不可回避的難題提供了新途徑及新思路[22]。目前，該項工作已有部分動物實驗研究報道，但進入臨床應用尚需大量的安全性和有效性驗證[23]。
2.2 脫細胞基質
Song 等[24]提出利用脫細胞基質產品作為組織工程學的構建基礎，具有合成材料無法比擬的優勢和潛力。脫細胞基質支架具有天然的生物學結構和部分功能，是目前最為理想的細胞微環境，已成為最具潛力和可行性的產品開發和成果轉化熱點。
隨著脫細胞技術的日臻成熟，已有多種同種異體或異種脫細胞基質支架得以成功轉化應用于臨床，包括脫細胞同種異體氣管、脫細胞同種異體神經和脫細胞異種角膜。2008年6月，英國布利斯托醫學院和西班牙巴塞羅那醫學院聯合從嚴重肺結核及左肺完全損壞的患者抽取BMSCs，采用同種異體脫細胞氣管作為支架在體外培養和擴增4 d后植入體內，2個月后隨訪患者肺功能恢復正常，該個案報道已在《Lancet》雜志發表[25]。廣州中大醫療器械公司采用脫細胞同種異體神經為支架，將雪旺細胞與BMSCs共培育誘導干細胞向雪旺細胞分化制備批量種子細胞，從而構建組織工程神經[26]，目前已獲得CFDA批準進入臨床應用。中山大學采用自體BMSCs與同種異體脫細胞神經材料復合，在體內構建組織工程周圍神經，研究成果已在《Brain》雜志上發表并被封面錄用[27]，該成果已完成產品型式檢驗。中山大學中山眼科中心王智崇團隊制備了脫細胞角膜基質支架，動物板層移植實驗顯示移植40 d后角膜透明度和功能均恢復，該技術已申請國家發明專利且獲得授權，并已進入臨床試驗階段。
脫細胞器官的出現是組織工程技術發展的里程碑。2008年，Harald教授帶領團隊采用灌注法成功制備了完整豬脫細胞心臟，將心肌細胞和內皮細胞接種至該脫細胞心臟支架后置于生物反應器中灌注培養，8 d后在外界生理和電信號刺激下可產生心臟泵功能[28]。Uygun等[29]也利用脫細胞技術制備了大鼠脫細胞肝臟，接種成體肝細胞并經體外灌注培養后，可體外分泌白蛋白、合成尿素并表達細胞色素P450，將支架-細胞復合物植入大鼠體內后也可正常執行部分功能。此外，許多研究團隊已利用脫細胞技術制備了多種其他脫細胞器官，并證實其有巨大潛力用于組織工程器官的再生構建，如脫細胞小腸[30]、脫細胞肺[31-32]、脫細胞膀胱[33]、脫細胞腎臟[34]等。
2.3 細胞外基質
細胞外基質是多細胞組織構建的基礎，可為細胞提供有序的空間結構和錨定位點，并提供特定的機械力學和生物化學刺激信號，有序地控制和調節細胞的歸巢、黏附、伸展、增殖、分化、遷移和凋亡等行為。值得強調的是，這種細胞與細胞外基質之間的相互作用是一個動態變化過程，目前絕大部分組織工程仿生支架尚未解決該難題。因此，以完整的細胞外基質作為組織工程支架具有得天獨厚的優勢，也是組織工程支架的新興研究熱點，具有規模化產業生產的潛力。日本Okano教授提出的細胞片層技術是迄今制備體外細胞單層的首選方案，已成功應用于多種細胞片層的培養和制備[35-38]。2004年，細胞片層技術用于4例患者的眼表重建，經1年多隨訪仍保持良好透光性而無其他并發癥[35]；細胞片技術用于擴張性心肌病治療也屢獲突破[36-39]；此外，其還可用于多種組織的修復重建，如食道[40]、牙周組織[41]、胰島[42]、骨[43]等。將多層細胞片層復合可進行三維組織構建[44-45]。基于上述成果，Okano教授帶領團隊在FIRST計劃的支持下，已展開基于細胞片層技術的組織工廠和器官工廠的建設，為成果產業化、規模化奠定基礎。
3 總結
組織工程支架材料是組織工程領域產業化最活躍、產品輸出最集中的部分，其健康、持續、穩定發展和監控是醫療衛生普遍關注的重點問題，生物源組織工程支架材料產品的開發設計是該領域的研究熱點之一。由于該領域是學科交叉最多、知識密集的高技術產業，其發展需要上、下游知識、技術和相關環境、標準規范的支撐。目前，生物源組織工程支架材料已有多項產品成功應用于臨床，切實提高了生命質量，許多新興技術或產品正不斷涌現；其中，脫細胞支架和細胞外基質最有望成為該領域未來幾年內研究和產品開發的新增長點。相應地，政府監管、產品審批、行業標準制定等方面也需要不斷與時俱進，以滿足行業發展的需要。
