隱含廈大校名的新型小分子藥物，促進(jìn)肝臟腸道皮膚修復(fù)再生

隱含廈大校名的新型小分子藥物，促進(jìn)肝臟腸道皮膚修復(fù)再生

2016年08月19日訊 近期，廈門大學(xué)兩個科研團(tuán)隊(duì)聯(lián)合攻關(guān)，研制出一種能促進(jìn)受損的肝臟、腸道及皮膚等器官修復(fù)與再生的重要小分子藥物，并在小鼠實(shí)驗(yàn)中取得了優(yōu)異的治療效果。也許未來的某一天，人們只需通過服藥，便可實(shí)現(xiàn)受損肝臟、腸道和皮膚的修復(fù)與再生。這被認(rèn)為為再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來了新的“曙光”。

8月18日，這項(xiàng)研究成果發(fā)表在新一期美國《科學(xué)》雜志子刊--《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》上，并作為封面文章進(jìn)行重點(diǎn)推介。研究者是我校生命科學(xué)學(xué)院的周大旺教授課題組、鄧賢明教授課題組及北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院的云彩紅教授課題組。

據(jù)周大旺介紹，以往在對受損肝臟進(jìn)行修復(fù)與再生治療時，主要是靠肝移植，而此次研究成果表明，單純運(yùn)用小分子藥物也可望促進(jìn)肝臟的修復(fù)與再生。

長期從事肝臟再生研究的周大旺教授課題組將研究目光鎖定在自己熟悉的“老朋友”--Hippo信號通路上。之前，周大旺教授與其他科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，這種信號通路在調(diào)控器官再生與尺寸大小方面具有重要作用。當(dāng)該信號通路中的關(guān)鍵蛋白激酶Mst1/2的基因缺失時，將會導(dǎo)致包括肝臟在內(nèi)的多個組織持續(xù)再生，器官尺寸急劇增大，若不加以干預(yù)，組織過度增生最終會導(dǎo)致癌癥的發(fā)生。簡言之，蛋白激酶Mst1/2是控制Hippo信號通路實(shí)現(xiàn)調(diào)控器官再生與尺寸大小的分子“開關(guān)”。

那么，如果能研制出一種能“調(diào)控”這種蛋白激酶活性的小分子藥物，器官再生和修復(fù)也將變得“可控制”。經(jīng)過周大旺教授課題組和鄧賢明教授課題組四年的研究，一種易進(jìn)入細(xì)胞易代謝的小分子藥物被成功研制出來，并被命名為含有廈大校名的名稱--“XMU-MP-1”。

課題組將研究成果用于小鼠實(shí)驗(yàn)中。結(jié)果表明，該藥物不僅在蛋白和細(xì)胞水平上取得了顯著活性，還在肝葉片切除、藥物泰諾引起的急性肝損傷、膽汁淤積引起的肝損傷和葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的急性腸炎中有優(yōu)異的治療效果，能有效提高肝臟再生初始階段的速率，顯著降低急性肝損傷的致死率，促進(jìn)受損組織的修復(fù)等。

周大旺說，本項(xiàng)研究是激酶靶向藥物在促進(jìn)組織再生和修復(fù)治療領(lǐng)域的新探索，已得到部分制藥公司的關(guān)注，目前正在接洽相關(guān)合作事宜。研究也得到了包括新華社、美國赫芬頓郵報、英國每日電訊報等中外媒體的關(guān)注。

周大旺同時透露，這一化學(xué)藥物已經(jīng)申請國際專利。

特別值得一提的是，此項(xiàng)研究是我校科研團(tuán)隊(duì)聯(lián)合攻關(guān)、學(xué)科交叉互補(bǔ)的又一重大成果。周大旺教授課題組長期從事肝臟再生、肝癌發(fā)生發(fā)展等研究，課題組通過基因敲除、敲入或轉(zhuǎn)基因手段發(fā)現(xiàn)了Hippo通路在組織穩(wěn)態(tài)維持中的重要作用，在此次研究中課題組主要負(fù)責(zé)小分子藥物的分子機(jī)制研究和體內(nèi)藥效評價；鄧賢明教授課題組則長期從事靶向蛋白激酶的小分子藥物研究，在此次研究中課題組主要負(fù)責(zé)激酶抑制劑的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。兩個團(tuán)隊(duì)緊密合作，優(yōu)勢互補(bǔ)，形成了強(qiáng)有力的科研攻關(guān)團(tuán)隊(duì)。研究同時得到了北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院云彩紅教授團(tuán)隊(duì)在結(jié)構(gòu)藥理學(xué)方面的大力支持。

藥物的單寧中有什么成分？

單寧即螺質(zhì)，按Bategnt的定義指分子量為500-3000的能沉淀蛋白質(zhì)、生物減的水溶性多酚化合物L(fēng)ti。應(yīng)用擴(kuò)大到醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域，也包括相關(guān)的低分子量多酚。單寧廣泛存在于中草藥(如五倍于、石榴皮、仙鶴草)和植物食品(谷豆類如大麥、高梁、綠豆，果蔬類如洋蔥、葡萄，茶葉).單寧與蛋白質(zhì)、維生素及礦物質(zhì)會形成沉淀復(fù)合物，被視為抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)，且會因菌促或非菌促氧化褐變而降低產(chǎn)品品質(zhì)。但單寧與唾液蛋白締合而產(chǎn)生的澀味也是一種適宜的風(fēng)味L3J，如茶葉、紅葡萄酒、柿于、李于、未完全成熟的香蕉含適量單寧，食之獨(dú)具風(fēng)味。醫(yī)藥上單寧可止血愈傷，抑菌抗過敏，尤其是具有抗氧化、抗癌變、防止心腦血管疾病的功效，成為近年酚類物質(zhì)的研究熱點(diǎn)。 1 單寧生理活慢的化學(xué)和生物學(xué)基礎(chǔ) 單寧的生理活性是其與生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)、多糖、核酸等作用的最終體現(xiàn)，而這些作用又取決于其分子結(jié)構(gòu)。按化學(xué)結(jié)構(gòu)單寧可分為水解單寧和縮合單寧L3i，前者指酚酸或其衍生物與葡萄糖或多元酵主要通過酯鎂形成的多酚，在稀酸、稀堿和菌作用下可水解成較簡單化合物，又可分為沒食于酸單寧(水解后可生成沒食于酸)和逆沒食于酸單寧(水解后有逆沒食于酸即螺花酸生成)，傳統(tǒng)藥用植物所含多為水解單寧，如止血消炎的五倍于、保護(hù)消化道粘膜的山枝葉、治療心血管疾病的牡丹根皮等；縮合單寧系輕基黃烷—3—醇(其衍生物稱為兒茶素類)和輕基黃烷—3，4—二醇(其衍生物稱為無色花色素類)的聚合物(三個單體以上聚合)，不能被水解，在酸、減或菌的作用下氧化脫水而縮合成高分子紅棕色不镕于水的“螺紅”沉淀。食物中所含單寧主要是縮合單寧，切開的蘋果、李和茶水久置后即有“螺紅”生成。綠茶中單寧實(shí)系單寧前體，屬兒茶素及其衍生物類，在發(fā)酵制成紅茶中經(jīng)菌催化而氧化縮合為茶黃素、茶紅素及菜渴素等，具有縮合單寧的性質(zhì)。低聚縮臺單寧可被微血管吸收進(jìn)入血液而具有抗氧化作用，而多聚物(超過三個單體)無法吸收，或排出體外，或留在胃腸道中，團(tuán)與蛋白質(zhì)結(jié)合較強(qiáng)而保護(hù)胃壁免受酒精、鹽酸的傷害。 單寧含許多酚經(jīng)基，具適于與蛋白質(zhì)疏水締合的寬大截面，與蛋白質(zhì)的配亞胺基交聯(lián)成鎂，代替與水的氫鎂連接，表現(xiàn)硫水性而沉淀，這是其重要性質(zhì)印收斂性，與分子量(枷。3刪)成正比，同分子雖則水解單寧收斂性大于縮合單寧。水解單寧的收斂性與疏水基含量直接相關(guān)，縮合單寧則與聚合程度有關(guān)，蛋白質(zhì)氨基酸脂肪基越大．疏水性越強(qiáng)，與單寧結(jié)合越好，在其等電點(diǎn)沉淀越多。單寧與水镕性蛋白質(zhì)(如唾液蛋白)結(jié)合沉淀，使唾液失去潤滑性，舌上皮組織收縮，有干燥感覺，產(chǎn)生澀味；與不镕性蛋白質(zhì)(如纖維蛋白)結(jié)合，增加了物理、化學(xué)穩(wěn)定性，用于螺制。 2 單寧的生理活性及其研究櫻況 事物往往有兩面性。單寧對人體具有雙重作用，重要的是如何合理地利用它、改造它以避免負(fù)面效應(yīng)。 2．1 單寧對人體的不利影響 食物中單寧過量會產(chǎn)生一些抗?fàn)I養(yǎng)作用 2．1．1 降低蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值：單寧在消化道中與膳食蛋白質(zhì)形成不易消化的復(fù)合物，而并非直接抑制消化酶的活性。蛋雞如長期食用宮含單寧的飼料會降低飼料利用率和產(chǎn)蛋率，并增加死亡率c2．1．2 影響鐵鈣等的吸收：單寧在消化道中與礦物質(zhì)如鐵鈣復(fù)合，從而減少其吸收。Vc可還原三價鐵為二價鐵，而二價鐵在生理pH下溶解性較高，與抑制劑親和力較低，故有助于提高食物成分的生物有效性. 2．1．3 影響VA、Vb12的有效利用 就日常膳食(包括動物性蛋白質(zhì)及谷物如大米、小麥、玉米等食物)來說，雖含單寧但不會引起營養(yǎng)問題。亞非半干燥地區(qū)的人則會因常食高粱、小米及豆類等高單寧含量的食物引起營養(yǎng)蹬乏。 2．2單寧對人體的積極作用 在傳統(tǒng)醫(yī)藥上，單寧內(nèi)服治胃腸道出血和止痢，外用于局部止血和創(chuàng)面保護(hù)而防感染發(fā)炎。近年的研究表明，除了用來抑菌療傷以外，單寧對生物體還有多種重要功能，從而為單寧的利用揭開了新的一頁。 2．2.1 抑茵和抗病毒 單寧能凝固微生物體內(nèi)的原生質(zhì)及作用于多種酶，故對多種病菌如霍亂菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等有明顯抑制作用?？谇恢屑?xì)菌分泌糖苦轉(zhuǎn)移酶，促進(jìn)蔗糖合成不涪葡聚糖，細(xì)菌粘于牙齒表面而成齒垢及導(dǎo)致蛀牙，茶葉、擯榔中的單寧通過阻止鏈球菌在牙齒表面的吸附和生長，并抑制糖苦轉(zhuǎn)移酶的話性及糖苦的合成，從而減少齲齒的形成。日本已有相應(yīng)提取物制品作為防齲糖果的原料和消臭劑。單寧的抗病毒性質(zhì)與抑茵性相似，有“清熱解毒”之功效，螺花單寧抗病毒員顯著，倍?；途酆隙忍岣呖稍黾悠淠芰?。有人認(rèn)為多酣類可能是自然界中唯一的病毒殺手。目前單寧抗AD5病毒HIV的研究令人關(guān)注。 2．2．1 抗過敏 食物中某些未消化小分子(源于蛋白質(zhì))對特殊人群來說是過敏原，其體內(nèi)因過敏原產(chǎn)生特異的I由抗體，生成與放出化學(xué)介質(zhì)，從而引起過敏。已知抗過敏因子有多不飽和脂肪酸、水溶性纖維、果膠、殼聚糖、多酚類等，多酚類抗過敏機(jī)制是抑制化學(xué)介質(zhì)如組胺等的放出。茶葉中的E12CG、EGC、ECG、EC、咖啡酸等都能抑制過敏成分，而以EGCG活性最強(qiáng)。甜茶的抗過敏作用也相當(dāng)出色，臨床試驗(yàn)表明對許多過敏患者有顯著療效，經(jīng)分析確證其特有成分GOD型織花單寧聚合物(e1—鈞扣mZH polyMr)具非常強(qiáng)的抗過敏活性，與聚合度成正比. 2．2．3 抗氧化和延緩衰老 單寧的酣經(jīng)基比鄰位酣經(jīng)基易氧化，在有酶、空氣、水分及堿性條件下加快，低分子量的茶多酚(評)和水解單寧的降解物沒食子酸為天然抗氧化劑已大量用于食品保存，作用強(qiáng)而毒性低。分子量較大的單寧抗氧化性遠(yuǎn)較前二者強(qiáng)。其抗氧化性體現(xiàn)在：一方面通過還原反應(yīng)降低環(huán)境中氧含量，另一方面是作為氫供體放氫與環(huán)境中自由基結(jié)合，終止自由基引發(fā)的連鎖反應(yīng)，從而阻止氧化的繼續(xù)。單寧和vc、vE有協(xié)同抗氧化作用，一殷認(rèn)為是單寧整合鈍化促氧化的金屬離子，或是單寧與vc、VE之間可互相再生.生物體內(nèi)過剩的自由基可損傷生物大分子，影響腦膜流動，破壞蛋白質(zhì)構(gòu)象，從而誘發(fā)組織器官老化．促進(jìn)衰老進(jìn)程和導(dǎo)致多種疾病。研究表明單寧對超氧自由基(0L·、Hq‘)和經(jīng)自由基(，0U、硝氧基(Nq‘)、單線態(tài)氧(‘Oh)、奧氧(ob)和過氧化氫(H202)等多種活性氧和脂質(zhì)過氧化自由基(Roo·、R，)等具廣譜清除能力L11]，比常用抗氧化劑Vc、VE強(qiáng)c Nda 5a1小等采用電子自旋共振法腮R測定荼多酣中幾種成分在水溶液中對脂過氧化殘基的清除能力，表明ECG，EGCG，ECC，沒食子酸，表兒茶素，兒茶素，單寧聚合程度越大，酣經(jīng)基個數(shù)越多，對自由基抑制就越強(qiáng)。0Lu此等L L2J用AOP／Vc或AOP／NADPH誘導(dǎo)的大鼠線粒體生成肋為指標(biāo)，研究了x種單寧及相關(guān)化合物，發(fā)現(xiàn)其中23種有不同程度的抗氧化作用，多數(shù)單寧5m伊JIll可顯著抑制肋上升，而IDb9小于VE，其中水解型作用強(qiáng)于縮合型，活性取決于酣經(jīng)基的位置和數(shù)目。此外，有實(shí)驗(yàn)證實(shí)單寧對超氧化物鼓化酶刪有激活作用，系對酶的構(gòu)型改變所致，眾所周知，枷具有極強(qiáng)的清除自由基的能力。桑棺、肉佳、杜仲等所含的單寧可減少肝臟線粒體自由基，從而抑制肝脂質(zhì)過氧化而保護(hù)肝腎。應(yīng)注意的是，水解單寧有一定毒性。單寧還可防止W照射所致的皮膚紅斑等傷害，增加皮膚彈性和平滑度. 2．2．4 預(yù)防心腦血管疾病 心腦血管疾病發(fā)生發(fā)展的重要因素是血脂濃度上升，血液流變性下降，血小板功能異常．含單寧草藥對此有改善作用，故有“活血化竊”之說。如葡萄籽可顯著降低高膽固醇飲食大鼠的血清MLc單寧與細(xì)胞外或組織外的CB2‘絡(luò)合，可拮抗鈣誘導(dǎo)的平滑肌和心肌收縮，從而降低血壓L14j。擯榔中單寧對高血壓大鼠口服靜注均可降低血壓，但并不影響正常大鼠血壓L15J。柿子單寧、大黃單寧無降壓功效，但可減少導(dǎo)致腦出血、腦梗死的可能性。 2．2、5 抗腫瘤和促進(jìn)免疫 有人認(rèn)為單寧具致癌性，如擯榔(含11％—26％單寧)與遠(yuǎn)東地區(qū)嗜食者之口腔癌、食道癌高發(fā)率有關(guān)，加勒比海地區(qū)居民常喝青草茶井以高粱為主食而食道癌發(fā)生率高，但更多的研究和調(diào)查則支持單寧具抗癌性。事實(shí)上除了黃曲霉毒素以外，食品或草藥產(chǎn)品中的致癌物真正引發(fā)癌癥的幾率是非常低的Lni。長期飲用綠茶和食用果蔬可有效降低癌癥和腫瘤發(fā)病率，這便與單寧有關(guān)。小鼠腹腔注射單寧及相關(guān)化合物，在注射肉瘤—180細(xì)胞培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)水解單寧尤其是聯(lián)花單寧可大大延長其壽命。單寧可抑制腫瘤生成的突變和發(fā)展階段，對多種誘變劑〔紫外光、化學(xué)品等)具多重抑制活性，并能促進(jìn)生物大分子和細(xì)胞的損傷修復(fù)。單寧分子量大小、倍?；考胺咏?jīng)基的立體構(gòu)象是抗癌活性的必需因素。MIyMbL％i分析了單寧結(jié)構(gòu)與抗腫瘤之間關(guān)系，發(fā)現(xiàn)含倍?；疃嗟慕Y(jié)構(gòu)具最強(qiáng)活性。推測單寧的抗腫瘤作用是通過提高受體動物對腫瘤細(xì)胞的免疫力來實(shí)現(xiàn)的。 3 小結(jié) 越來越多的研究表明單寧在化工、醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域有廣泛的用途。就食品行業(yè)來說，單寧因?qū)θ梭w有多種生理活性，值得進(jìn)一步開發(fā)和利用，在食品工業(yè)上可作為功能成分制作保健食品，生產(chǎn)食品添加劑、風(fēng)味食品添加劑、風(fēng)味劑，在飲食上注意調(diào)節(jié)安排，如少食高單寧含量的食品、適量飲茶，餐后不飲濃茶，單寧類藥物與三餐時間隔開等等。只要合理地運(yùn)用，定能讓大自然的賜予為人類更好地服務(wù)。 單寧 【別名】 鞣質(zhì)，單寧，單寧酸 ,鞣酸 【外文名】Tannic Acid 【適應(yīng)癥】 本品能沉淀蛋白質(zhì)，具有收斂作用，能使皮膚變硬，從而保護(hù)黏膜、制止過分分泌及止血；能減少局部疼痛，減少受傷處的血漿滲出，并有防止細(xì)菌感染的作用。主要用于褥瘡，也可用于濕疹、痔瘡及新生兒尿布疹等。 【用量用法】 外用：局部涂搽，每日2－3次。 【不良反應(yīng)】 本品大面積應(yīng)用時，可由創(chuàng)面吸收而發(fā)生中毒，對肝臟有劇烈的毒性，嚴(yán)重時造成肝壞死，并加深創(chuàng)面，延緩愈合，故不宜大面積或長期使用。 【藥物相互作用】 本品與重金屬及蛋白質(zhì)有配伍禁忌，故忌與鐵器接觸。 【規(guī)格】 軟膏劑 10%, 20%.

組織工程和再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用于臨床前需要考慮哪些優(yōu)缺點(diǎn)

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以組織工程（tissue engineering）為基礎(chǔ)的再生醫(yī)學(xué)（regenerative medicine）發(fā)展情況及應(yīng)用前景如何？
謝謝

@袁霖
邀請！要充分地回答這個問題需要寫個綜述了，顯然這不是你們想看到的。所以，答主就自己的了解做出一些概括性的解釋和討論。

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首先，還是先講一下兩個重要的概念：組織工程(Tissue Engineering) 和 再生醫(yī)學(xué)(Regenerative Medicine)

組織工程 （Tissue Engineering）是一個多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，它充分應(yīng)用工程科學(xué)，生物科學(xué)，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的原理，開發(fā)制造出具有生物活性的組織或器官替代物，用于保持，替代，修復(fù)，甚至于加強(qiáng)病變組織器官的功能。這個概念是由 Robert Langer (麻省理工學(xué)院)和 Joseph Vacanti （麻省總醫(yī)院）于八十年代末，九十年代初提出，并在 Science上發(fā)表研究論文闡述這個概念和基本原理。

再生醫(yī)學(xué)（Regenerative Medicine）是一個更廣的定義，它包括組織工程（Tissue Engineering），但同時還包括 身體組織系統(tǒng)的自身修復(fù) （Self-healing）. 組織工程（Tissue Engineering）和 再生醫(yī)學(xué) （Regenerative Medicine）目前被大范圍的混用，主要是因?yàn)槟壳皝砜唇M織工程的最終目標(biāo)就是替代或加強(qiáng)組織的自身修復(fù)，用以治愈復(fù)雜的慢性疾病。

（Tissue engineered human ear, credit: Harvard University）

經(jīng)過二十多年的發(fā)展，組織工程無論在基礎(chǔ)研究，臨床應(yīng)用，和市場轉(zhuǎn)化方面都取得了非常大的發(fā)展，其研究成果已經(jīng)在很大程度上改變了臨床治療思路，使大量病人受益。雖然是一個相對來說比較新的學(xué)科，但是自誕生以來就一直吸引了大量的關(guān)注度。各國 （美國，日本，新加坡，中國，等等）都在投入高額的研究資金來推動這個學(xué)科的發(fā)展，與此同時，大量相關(guān)的研究人員 （臨床醫(yī)生，工程師，生物學(xué)家，化學(xué)家，材料學(xué)家，等等）都被吸引到這個充滿潛力的領(lǐng)域，用他們在各自領(lǐng)域更專業(yè)的知識和技能來不斷推動組織工程學(xué)科的發(fā)展。

值得指出的是，中國在近年來，在組織工程領(lǐng)域投入的前所未有的人力和財(cái)力，1999-2009 這十年間，中國政府投入了過5億RMB 在組織工程的研究和臨床應(yīng)用上。Science雜志在2012年就曾發(fā)表評論 “China's Push in Tissue Engineering”對中國在這方面的發(fā)展做了報道，還報導(dǎo)了中國在此領(lǐng)域的先驅(qū)人物：南通大學(xué)顧曉松 （神經(jīng)系統(tǒng)），上海交大曹誼林（骨骼系統(tǒng)），清華大學(xué)崔福齋（腦組織）。

對于再生醫(yī)學(xué)來說，目前組織工程主要在以下幾個方向不斷取得發(fā)展和突破：

1. 細(xì)胞來源

再生目標(biāo)組織或器官，通常需要使用相應(yīng)的細(xì)胞，比如心肌細(xì)胞 （心臟），上皮細(xì)胞（皮膚），骨骼肌細(xì)胞（肌肉），等等。然而，很多細(xì)胞脫離了自體的原生環(huán)境，并不能在體外長期保持其功能和活性，比如肝臟細(xì)胞的體外培養(yǎng)一直是一個難題。所以新的細(xì)胞來源的取得就顯得異常重要。多能干細(xì)胞 （Pluripotent Stem Cells）的使用可以很大程度解決這個問題。胚胎干細(xì)胞 （Embryonic Stem Cells）, 誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 （iPS cells）都是目前研究的熱點(diǎn)，尤其是 iPS 細(xì)胞，因其獨(dú)特的功能和不會造成倫理問題，已經(jīng)成為全世界研究人員的寵兒，不斷開發(fā)其新的應(yīng)用，用于特定組織和器官的定向分化。與此同時，比多能干細(xì)胞更有特異性的組織干細(xì)胞，比如骨髓間充質(zhì)細(xì)胞 （Bone marrow stromal cells），脂肪干細(xì)胞 （Adipose-derived stem cells）, 臍帶血干細(xì)胞 （Umbilical cord blood stem cells）等等，也被研究人員用于不同組織的再生。更特異性的細(xì)胞比如軟骨祖細(xì)胞 （chondrogenic progenitor cells），心肌干細(xì)胞 （cardiac progenitor cells）也已被成功分離，并用于相應(yīng)組織的再生。

(iPS cells forming a colony, credit: Flickr)

2. 新型生物材料

成功地組織工程，一定離不開生物材料學(xué)科的發(fā)展。再生具有不同特性的生物組織，材料的選擇至關(guān)重要。組織工程發(fā)展初期，材料通常被用做支架用以支持細(xì)胞的貼附和生長。目前新材料的開發(fā)主要側(cè)重于材料的生物學(xué)特性，新的材料不但要能作為支架，還要能與細(xì)胞相互作用，誘導(dǎo)細(xì)胞遷移，擴(kuò)增，定向分化。同時新材料還被賦予了調(diào)節(jié)細(xì)胞生長的微環(huán)境的功能，比如釋放生長因子，傳遞信號因子，抑制炎癥，等等。更有能自組裝 （self-assembly）的新型生物材料，能在外部刺激的情況下，實(shí)現(xiàn)在特定時間，特定微環(huán)境中自我組裝成目標(biāo)組織或器官的形態(tài)。雖然這些研究還在早期的探索階段，但可以預(yù)見未來會出現(xiàn)激動人心的突破成果。

( Biomimetic liver tissue engineered from novel biomaterials, credit: NIH)

3. 信號因子

對于體外細(xì)胞培養(yǎng)來說，缺乏了體內(nèi)的原生環(huán)境和相關(guān)的信號因子，很難成功地有效率的分化為目標(biāo)組織器官。經(jīng)過多年的研究，部分組織定向分化所需的生長因子已經(jīng)逐漸被確定。傳統(tǒng)的組織工程方法通常直接應(yīng)用已確定的生長因子組合，用于培養(yǎng)細(xì)胞或者裝載了細(xì)胞的支架材料。然而，生長因子分離純化耗時耗力耗錢，所以并不是長期使用的最佳選擇。目前這個領(lǐng)域的發(fā)展主要側(cè)重于化學(xué)小分子，基因，物理刺激，等等。通過化學(xué)小分子的作用，可以激活與生長因子作用相當(dāng)?shù)纳镄盘柾?，因而誘導(dǎo)細(xì)胞分化?；虻霓D(zhuǎn)導(dǎo)，使細(xì)胞本身能在不需要外界刺激的情況下實(shí)現(xiàn)分化，以及功能的獲取。對于不同目標(biāo)組織分化過程中的物理刺激，比如失重，加壓，支架材料的表面結(jié)構(gòu)，等等也可以促進(jìn)細(xì)胞的分化。結(jié)合新型生物材料，將不同信號因子和材料合并，也是一個研究的熱點(diǎn)，所謂的 “Smart Material”。比如，具有藥物緩釋功能的支架，加載的質(zhì)粒DNA的水溶膠，等等。

(Recellularization of decellularized rat kidney, credit: Harvard Medical School)

4. 生物制造方法

生物制造 (Biofabrication)是一個相對較新的名詞，顧名思義就是利用構(gòu)成生物體的基本元素 （細(xì)胞，生長因子，生物材料，等等），制造出具有功能的生物組織或器官，或者用于研究的生物系統(tǒng)，這里主要談一下前者。最傳統(tǒng)的組織工程制造方法就是將細(xì)胞裝載到3D支架，并在具有生長因子的環(huán)境中培養(yǎng)。經(jīng)過多年的發(fā)展，大量針對于不同組織的制造方法被開發(fā)出來。舉例來說，去細(xì)胞器官 （Decellularization）的重新細(xì)胞化 （Recellularization）已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)中用于肝臟，腎臟，心臟，等的組織工程；細(xì)胞膜片 （Cell sheet）的3D組裝也已經(jīng)被成功應(yīng)用于軟骨，血管，皮膚等組織，并已經(jīng)有臨床產(chǎn)品用于病人； 微組織 (micro-tissue) 作為基本結(jié)構(gòu)單元，也被成功用于血管，肝臟組織，肌肉組織等的再生。目前很熱門的3D生物打印技術(shù)的出現(xiàn)，給組織工程和再生醫(yī)學(xué)帶來了又一輪新的革命。由于其精確地控制能力和個性化特點(diǎn)，使得定制人體組織器官成為可能。雖然3D生物打印處于初期研究階段，有很多困難要克服 （請參見:

3D生物打印的主要難點(diǎn)是什么
），但是隨著技術(shù)的成熟和組織工程自生的發(fā)展，成功3D生物打印出人體器官并不是幻想。

(3D bioprinting for tissue engineering, credit: Wake Forest University)

組織工程 （Tissue Engineering）一直在不斷發(fā)展和進(jìn)步，雖然大量的研究成果還僅限于實(shí)驗(yàn)室階段，但已經(jīng)有很多技術(shù)進(jìn)入了臨床轉(zhuǎn)化，甚至于市場化。不僅僅在其醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，利用再生出的組織進(jìn)行藥物測試和毒物測試也被認(rèn)為是未來5-10年的一項(xiàng)研究熱點(diǎn)，這也將給生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)帶來革命性的突破。

(Human-on-a-chip drug testing model, Credit: Wyss Institute, Harvard University)

參考：

1.

China's Push in Tissue Engineering
2.

The Laboratory for Tissue Engineering and Organ Fabrication
3.

Langer Lab: Professor Robert Langer
4.

http://www.nibib.nih.gov/science-education/science-topics/tissue-engineering-and-regenerative-medicine
5.

http://www.popsci.com/tags/tissue-engineering
（推薦閱讀）

6.

http://www.sciencedaily.com/terms/tissue_engineering.htm
（推薦閱讀）

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Dr. YY

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