組織工程學

組織工程學（TE），或組織培養，也稱為組織培養，是通過細胞的靶向培養人工生產生物組織以替代患病組織的總稱在病人身上或再生。 應用工程、材料和生命科學的原理來理解結構-功能關系。 組織工程產品 (TEP) 屬于先進治療藥物產品組，是再生醫學和個性化醫學的應用實例之一。

在組織工程學的情況下，細胞通常取自供體的生物體，并在實驗室中進行體外增殖。 根據細胞類型，這些可以作為細胞層進行二維培養或使用某些細胞支架進行三維培養。 然后可以將它們（重新）移植到接受者體內。 然后可以將它們植入大部分相同的生物體中，從而維持或恢復組織功能。 從狹義上講，組織工程學是指從患者身上移除細胞以生長所需的器官。

組織工程包括四個要素：

• 結構框架（可選，通常稱為腳手架），
• 活細胞或組織，
• 控制信號轉導到生命成分（生長因子）和
• 培養基（營養液）或生物體。

生物或合成支架與去除的重要材料結合，在培養前形成 3D 細胞培養物。 培養可以在體內（體內組織工程）和實驗室（體外組織工程）進行。 在這兩種情況下，理想情況下，到達細胞的信號物質都受到控制，從而支持新組織的形成。 一些細胞也可以使用生物打印機打印到表面上。

通過過繼細胞轉移將再生體或構建體植入生物體的目標區域。 這種帶有自體（患者自己的）細胞成分的植入物的優點是它可以被患者的免疫系統接受，因為培養的細胞只有細胞表面的蛋白質被免疫系統識別為“自己的”。 這意味著組織工程植入物通常不會被排斥。 這方面的一個很好的例子是完全自體心臟瓣膜或血管假體的生產，例如，當阻塞的動脈不能用身體本身制造的靜脈替代時，就會使用它們。 在這種情況下，通常使用塑料假體，這是一種不能令人滿意的選擇。

一般有四種類型的植入物：

• 源自其他生物（異種）
• 來自同一物種的個體（同種異體）
• 由患者本人（自體）
• 來自基因相同的個體（同基因）

組織工程的問題在于特定細胞會失去其功能（去分化）。 對植入自體血管假體的成年綿羊進行的一項動物研究顯示，直到研究結束時，未閉血管正在形成實體組織。 到目前為止，已經可以培養出商業用途的皮膚和軟骨組織以及血管。

在這種情況下，來自生物體的大部分已經分化的細胞在體外增殖。 一種新方法是使用成體或誘導多能干細胞 (iPSC)。 成體細胞可以從成年個體的骨髓或內臟中獲得，iPSC 可以通過重編程細胞（例如，來自皮膚的成纖維細胞）產生。 干細胞可以在培養容器中增殖，然后使用化學物質分化成某些所需的細胞類型。

Alexis Carrel 是第一個使用組織工程學的人。 迄今為止成功的 TE 方法僅涉及來自單一細胞類型的組織。 軟骨組織特別適合組織培養，因為軟骨在活體中已經由單一類型的細胞組成，僅由滑液滋養，并產生自己的膠原纖維和蛋白多糖框架。 其他重要組織如 B. 肝或腎實質結構非常復雜，體外培養尚未成功。 為了能夠在危及生命的疾病的情況下利用特定器官細胞的有效性，迄今為止，薄壁組織細胞一直暴露在透析系統中的血流中裸露。

除了實質細胞（例如肝細胞）外，還必須培養支持組織、血管和膽管，可能還有淋巴管，以用于功能器官的組織工程。 這種不同細胞類型的共培養是未來的挑戰。 迄今為止，已經對軟骨細胞和成骨細胞以及內皮細胞和血管平滑肌細胞進行了共培養。 不解決這些共培養問題，TE就無法實現重要器官器官培養的宏偉目標。 只有這樣，供體器官的移植才會被借助人體自身細胞的器官靶向培養所取代。

組織工程學的另一個重要應用是基礎研究。 基于天然組織的構造有助于闡明細胞機制。 此外，TE 方法可以生產三維組織樣細胞結構，可以在這些結構上測試污染物（例如殺蟲劑）的影響以及藥物的影響。