微組織工程技術(shù)在人工器官精準(zhǔn)化構(gòu)建中的應(yīng)用進(jìn)展

乞 超，張 騫，黃傳奇，程 璐，徐宏峰，胡 松

器官移植目前仍然是針對(duì)器官嚴(yán)重受損臨床采用的首選治療方式。近年來，由于供體無法滿足移植的需求， 導(dǎo)致每年有數(shù)千例符合條件的患者死亡或病重[1]。目前常用的替代物移植治療雖部分緩解了供體短缺的急迫需求，但因存在免疫排斥[2]及功能化受限而無法在臨床大范圍推廣應(yīng)用。

組織工程技術(shù)的發(fā)展為器官移植提供了一條新的研究方向，但傳統(tǒng)組織工程技術(shù)是一種“粗放型”組織構(gòu)建技術(shù)，構(gòu)建的人工器官因精準(zhǔn)度欠缺很難被應(yīng)用于臨床器官移植。 近年來，隨著新型組織工程技術(shù)的快速發(fā)展， 器官移植供體短缺的難題有望得到解決。微組織工程技術(shù)是一種通過將模塊化微單元按規(guī)定排列及功能區(qū)域劃分組裝形成具有與天然器官結(jié)構(gòu)、功能相似的新型組織工程構(gòu)建技術(shù)。 相較于傳統(tǒng)組織工程技術(shù)，該技術(shù)構(gòu)建的人工器官具有更好的精密性， 所搭載的種子細(xì)胞更易分化形成目標(biāo)組織，在理論上應(yīng)可滿足臨床器官移植的需求。筆者將對(duì)該新型組織構(gòu)建技術(shù)進(jìn)行綜述，并對(duì)所存在的問題及其發(fā)展前景進(jìn)行展望。

1 目前人工器官所存在的缺陷及理想人工器官的要求

傳統(tǒng)組織工程技術(shù)一種“自上而下”粗放型組織構(gòu)建技術(shù)，雖然其目前被廣泛研究，但因存在以下缺陷很難滿足人工器官的臨床實(shí)際需求[3]：①大多數(shù)的器官是由多種細(xì)胞構(gòu)成，傳統(tǒng)組織工程技術(shù)難以在生物支架中精確沉積不同種類的細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)[4]；②受支架空間分辨率的限制，傳統(tǒng)組織工程技術(shù)所涉及的種子細(xì)胞難以在生物支架中完全滲透， 氧氣、血液供應(yīng)、營養(yǎng)成分的傳輸受限，導(dǎo)致種子細(xì)胞在支架中活性下降，移植后易出現(xiàn)器官功能喪失，組織易壞死[5]；③受技術(shù)限制，大部分人工器官均只有單一組織結(jié)構(gòu)[6]，僅能對(duì)組織結(jié)構(gòu)單一的器官損傷進(jìn)行有限的替換修復(fù)，無法對(duì)復(fù)雜的器官進(jìn)行個(gè)體化精準(zhǔn)治療。

理想的組織工程人工器官，首先應(yīng)具有生物活性良好的生物支架，并可以在生物支架中精確沉積不同功能的種子細(xì)胞；其次，應(yīng)具有與種子細(xì)胞增殖定向分化成目標(biāo)組織相匹配的降解時(shí)間，在該時(shí)間范圍內(nèi)應(yīng)可保持組織結(jié)構(gòu)的完整性；最后，理想的組織工程人工器官的構(gòu)建應(yīng)是個(gè)體化的私人訂制，滿足精準(zhǔn)醫(yī)療發(fā)展趨勢(shì)。

2 利用微組織工程技術(shù)構(gòu)建人工器官

微組織工程技術(shù)出現(xiàn)為人工器官的精準(zhǔn)化構(gòu)建提供了一條新的研究方向，它是一種將模塊化微單元按個(gè)體化需求組裝成大型器官的新興組織工程技術(shù)[7]。該技術(shù)主要可以拆分為兩個(gè)部分：①模塊化微單元的構(gòu)建，首先以生物材料為原材料構(gòu)建微球、微凝膠等形態(tài)的細(xì)胞微載體，而后將種子細(xì)胞通過共孵育的方式搭載于微載體上，使其能正常生長(zhǎng)、增殖、分化成具有良好的生物學(xué)活性的微組織[8~10]；②模塊化微單元的組裝，通過現(xiàn)有工程學(xué)方法如光刻蝕、微流控、微模塑、三維（three-dimensional，3D）生物打印等將微組織按特定需求個(gè)體化組裝成具有與天然組織相似結(jié)構(gòu)、功能的大型組織或器官[11~13]。

相較于傳統(tǒng)組織工程技術(shù)，基于微組織工程技術(shù)構(gòu)建人工器官具有以下優(yōu)勢(shì)：①功能化更強(qiáng)，可在3D支架中精確沉積各類種子細(xì)胞，構(gòu)建與天然器官結(jié)構(gòu)與功能相似的人工器官；②移植成功率高，通過微組織構(gòu)建的人工器官種子細(xì)胞分布均勻，血氧的輸送充分，移植后不易出現(xiàn)壞死區(qū)域；③個(gè)體化程度更高，結(jié)合臨床影像學(xué)，計(jì)算機(jī)3D 重構(gòu)及生物打印等技術(shù)構(gòu)建的人工器官，個(gè)體化程度更高。

微組織工程技術(shù)主要可以拆分為兩個(gè)部分，即微組織的構(gòu)建及組裝。其中微組織的構(gòu)建技術(shù)相對(duì)較為簡(jiǎn)單，即將目標(biāo)種子細(xì)胞與可支持其正常生長(zhǎng)的由生物材料組成的微載體（如微球、微凝膠）共孵育，使種子細(xì)胞能在微載體上生長(zhǎng)、增殖、分化，最終形成微組織。相較于微組織的構(gòu)建，其組裝技術(shù)較為復(fù)雜，選擇尤為關(guān)鍵。 目前，常用的微組織組裝技術(shù)包括3D 生物打印、微流控、靜電紡絲等，下文將對(duì)其逐一進(jìn)行敘述。

2.1 3D 生物打印

3D 打印技術(shù)是近20 年來發(fā)展起來的一項(xiàng)通過計(jì)算機(jī)模擬，按照設(shè)定程序打印堆疊成立體實(shí)物的先進(jìn)工程技術(shù)。其個(gè)體化定制的特性與精準(zhǔn)醫(yī)療的趨勢(shì)相契合，目前已經(jīng)被作為一種輔助技術(shù)被用于臨床多種損傷的治療，并初步取得了較好的療效，但在打印的過程中可能會(huì)伴隨高溫或特殊固化處理，很難保證打印材料上的生物活性物質(zhì)的性能不發(fā)生變化。為了解決上述難題，3D 生物打印技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。 目前，3D生物打印常用的方式包括噴墨生物打印、激光輔助生物打印、擠壓式生物打印3 類。

2.1.1 噴墨生物打印

噴墨生物打印是較早被開發(fā)的一種生物打印技術(shù)[14]，其原理與傳統(tǒng)的二維（two- dimensional，2D）噴墨打印相似[15]。首選的生物墨水為水凝膠前聚合物溶液， 打印機(jī)噴頭在打印的過程中受電壓或溫度控制，噴射出載有種子細(xì)胞的水凝膠前聚合溶液，而后在一定的環(huán)境下凝膠固化形成預(yù)設(shè)性狀的固體。該打印方式的優(yōu)點(diǎn)在于， 因其結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)2D 噴墨打印機(jī)相似，改裝成本較低；由于其打印噴頭較大，擠壓噴射并不會(huì)對(duì)種子細(xì)胞的活性造成顯著影響，種子細(xì)胞成活率較高[16]。 但該打印方式仍存在兩點(diǎn)缺陷需克服：對(duì)于高黏度的生物材料，在噴墨的過程中可能會(huì)堵塞噴頭，最終導(dǎo)致打印無法正常進(jìn)行[17，18]；在打印的過程中，種子細(xì)胞容易沉積，打印出的組織細(xì)胞分布不均勻，移植后易出現(xiàn)壞死區(qū)域[19]。

2.1.2 擠壓式生物打印

擠壓式生物打印的原理與噴墨生物打印類似，即利用機(jī)械力將生物墨水以不間斷線條狀從噴嘴中擠壓出來堆疊形成預(yù)設(shè)器官。該打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于其幾乎適用于所有以水凝膠預(yù)聚物溶液為生物墨水的3D 生物打印， 在打印的過程不受生物墨水黏度及細(xì)胞密度的限制。但在打印的過程中因機(jī)械力的擠壓可能會(huì)導(dǎo)致種子細(xì)胞的活力下降[20]。

2.1.3 激光輔助生物打印

激光輔助打印起源于激光寫入及誘導(dǎo)轉(zhuǎn)移技術(shù)，其關(guān)鍵點(diǎn)為生物墨水對(duì)激光的響應(yīng)性[21]。與噴墨打印相比，激光輔助打印不會(huì)因生物墨水黏度過高而造成噴頭堵塞無法完成打?。黄浯?，激光輔助打印屬于非接觸式打印，打印過程中的機(jī)械力不會(huì)對(duì)種子細(xì)胞的活力造成顯著影響。 種子細(xì)胞成活率較高。 但激光輔助打印需復(fù)雜的控制系統(tǒng)及高分辨率、高激光強(qiáng)度的發(fā)光二極管，成本相較于噴墨生物打印更高，操作更為復(fù)雜，故應(yīng)用并不廣泛。

2.2 微流控

微流控是通過微尺寸設(shè)備控制流體的一種工程化技術(shù)，它的發(fā)展徹底改變了現(xiàn)有生物化學(xué)分析的趨勢(shì)。 可在降低試劑使用體積的情況下，通過芯片技術(shù)提高生物化學(xué)分析的速度及靈敏度[22，23]。 對(duì)于珍貴的樣本，可在使用最小樣本體積的情況下，獲得更多的信息。因其獨(dú)特的微尺寸技術(shù)特性，近年來，微流控被越來越多的研究者開發(fā)應(yīng)用于微尺寸生物材料研發(fā)，其主要優(yōu)勢(shì)有以下幾個(gè)方面。①通過對(duì)微通道中微凝膠前聚合物液體流動(dòng)的精確操控，可對(duì)構(gòu)建的微載體在尺寸和形態(tài)上進(jìn)行精準(zhǔn)控制[24，25]。 ②微流控可以控制微凝膠中種子細(xì)胞的分布。在構(gòu)建微凝膠材料的過程中，可通過微通道將所需搭載的種子細(xì)胞精確沉積至指定坐標(biāo)位置[26]。③微流控可以通過對(duì)微載體的理化參數(shù)（如機(jī)械性能、氧氣和營養(yǎng)成分交換通道等）進(jìn)行精確調(diào)控從而模擬不同組織或器官所需的微環(huán)境，為后續(xù)人工器官的成功構(gòu)建奠定了良好的基礎(chǔ)[27]。④利用微流控技術(shù)構(gòu)建的微組織因具有纖維狀的納米結(jié)構(gòu)，故特別適用于微血管或其他所需管狀結(jié)構(gòu)的人工器官的構(gòu)建[28，29]。

2.3 靜電紡絲

靜電紡絲是利用電場(chǎng)力將聚合物溶液在高壓靜電作用下噴射形成指定形狀的一種新型電紡技術(shù)。該技術(shù)可通過電流控制聚合物溶液噴射流量，進(jìn)一步精準(zhǔn)構(gòu)建具有特定微結(jié)構(gòu)的微米或納米級(jí)生物材料，因以上特點(diǎn)該技術(shù)已經(jīng)被開發(fā)應(yīng)用于微組織的構(gòu)建。相較于其他微組織構(gòu)建技術(shù)， 靜電紡絲技術(shù)的特點(diǎn)在于：①靜電紡絲技術(shù)操作簡(jiǎn)單、適用性廣，多種天然（如絲素蛋白） 或合成高分子化合物均可通過靜電紡絲技術(shù)制備成具有良好生物活性的微載體材料，而后搭載目標(biāo)種子細(xì)胞最終構(gòu)建成微組織；②通過靜電紡絲技術(shù)制備的纖維狀微載體具有較高的孔隙率、材料質(zhì)地分布均勻，適用于搭載神經(jīng)元細(xì)胞模擬神經(jīng)組織的纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 同時(shí)，利用靜電紡絲構(gòu)建的纖維狀微載體理論上具有理想的比表面積，表面易進(jìn)行功能化修飾，可根據(jù)用途搭載種子細(xì)胞、生長(zhǎng)因子或小分子化合物等。

3 微組織在人工器官構(gòu)建中的應(yīng)用

相較于傳統(tǒng)組織工程技術(shù)，通過微組織工程可以模擬天然器官精密的組織結(jié)構(gòu)，構(gòu)建的人工器官不易出現(xiàn)壞死區(qū)域，移植成功率更高，個(gè)體化更強(qiáng)，故越來越多的研究者應(yīng)用該技術(shù)構(gòu)建了不同種類的人工器官，包括血管、心肌、骨、軟骨等。

3.1 微組織工程技術(shù)構(gòu)建人工血管

目前，通過微組織工程技術(shù)構(gòu)建人工血管有3 種常用的方案。①將干細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞共培養(yǎng)。 干細(xì)胞如間充質(zhì)干細(xì)胞、牙髓細(xì)胞能分泌促血管生成因子，以此促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的正常增殖分化形成血管內(nèi)皮組織，發(fā)揮血管的功能[30]。 ②在構(gòu)建的干細(xì)胞微組織中加入具有促血管生成的活性分子，如小血管生成分子（二甲基乙二酰氨基乙酸），可促進(jìn)微組織明顯血管化。③利用微組織工程技術(shù)分別構(gòu)建血管兩個(gè)主要組成部分，內(nèi)皮組織及成纖維組織，而后將其組裝構(gòu)建形成人工血管。 有研究表明，相較于傳統(tǒng)組織工程技術(shù)，通過微組織工程技術(shù)構(gòu)建的人工血管移植入體內(nèi)，與宿主血管相融合良好，成活性更高[31，32]。另外，通過微組織工程技術(shù)可以將組成血管的不同細(xì)胞組裝構(gòu)建形成成熟的人工血管，并發(fā)揮各自的功能。 如Peterson AW 等[33]以膠原蛋白基礎(chǔ)材料采用油/水法制備了直徑為100 ～300 μm 的復(fù)合微球， 在制備的過程中將靜脈內(nèi)皮細(xì)胞和人成纖維細(xì)胞直接包裹于微球進(jìn)行體外培養(yǎng)。7 d 后，微球內(nèi)有明顯的內(nèi)皮細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)形成；培養(yǎng)14 d 后，層粘連蛋白沉積明顯。 提示血管逐漸成熟，如后續(xù)開展的體內(nèi)研究結(jié)果理想，則有可能發(fā)展成為缺血性疾病的治療手段。

3.2 微組織工程技術(shù)構(gòu)建人工心臟

人工心臟的構(gòu)建主要可分為結(jié)構(gòu)構(gòu)建及功能化修飾。 對(duì)于結(jié)構(gòu)構(gòu)建，傳統(tǒng)組織工程技術(shù)主要是針對(duì)心肌組織損傷修復(fù)[34~36]，但構(gòu)建的人工心臟結(jié)構(gòu)單一，很難應(yīng)用于臨床。 因此，通過微組織工程類似“蓋房子”的搭建方案將不同功能的心臟相關(guān)細(xì)胞組裝成人工心臟是近年來組織工程心臟損傷修復(fù)的研究熱點(diǎn)。 如Campostrini G 等[37]利用人多功能誘導(dǎo)干細(xì)胞，通過Wnt 抑制劑及血管生成因子體外誘導(dǎo)其生成了心肌、心臟成纖維和心臟內(nèi)皮，而后利用其表面抗原決定簇34（cluster of differentiation 34，CD34）、血管細(xì)胞黏附因子1 （vascular cell adhesion molecule-1，VCAM1）分離出心臟內(nèi)皮及心肌細(xì)胞，同時(shí)利用低胰島素培養(yǎng)液分離心臟成纖維細(xì)胞，并將三者分別進(jìn)行20 d 的體外培養(yǎng)，構(gòu)建了心肌、成纖維和心臟內(nèi)皮微組織，為通過微組織工程組裝方式構(gòu)建人工心臟奠定了基礎(chǔ)。

另外一個(gè)方面，使構(gòu)建的人工心臟具有正常的興奮傳導(dǎo)是人工心臟功能化賦值的關(guān)鍵。通過傳統(tǒng)組織工程構(gòu)建的心肌組織因種子細(xì)胞在制備的過程中分布不均勻，而導(dǎo)致其導(dǎo)電性不佳。 微組織工程技術(shù)構(gòu)建人工組織的過程中種子細(xì)胞可均勻分布的特性恰好滿足人工心臟需種子細(xì)胞均勻提升導(dǎo)電性能的需求，故越來越多的研究者開始利用該技術(shù)構(gòu)建了導(dǎo)電性能良好的人工心臟。 根據(jù)構(gòu)建材料的成分組成，微組織工程人工心臟主要分為：無機(jī)導(dǎo)電材料和有機(jī)導(dǎo)電材料。 ①無機(jī)導(dǎo)電材料：主要是在高分子聚合物材料中加入具有導(dǎo)電性能的無機(jī)納米粒子，適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)微組織的電傳導(dǎo)功能。目前最為常用的無機(jī)導(dǎo)電材料為金納米顆粒，它作為一種生物相容性良好的納米材料， 被認(rèn)為是提高組織工程支架導(dǎo)電性的適宜材料。如在藻酸鹽人工心肌組織中加入金納米線可以使細(xì)胞支架的電信號(hào)傳導(dǎo)能力顯著增強(qiáng)，同時(shí)免疫組織化學(xué)染色結(jié)果顯示參與肌肉收縮的α-肌動(dòng)蛋白和電偶聯(lián)蛋白在人工心肌組織中表達(dá)明顯升高[38]。 另外，有研究顯示添加金-納米顆粒的人工心臟微組織結(jié)構(gòu)及功能發(fā)育更好、肌肉收縮規(guī)律，神經(jīng)電傳導(dǎo)過程中鈣含量更高[39]。 ②有機(jī)導(dǎo)電材料：聚吡啶和聚苯胺是最常見的高導(dǎo)電性有機(jī)聚合物。其具有可調(diào)控的導(dǎo)電性能，成本低，對(duì)使用環(huán)境要求不高[40]，常與其他高分子材料共混制備成混合導(dǎo)電生物支架應(yīng)用于人工心臟的構(gòu)建。如由海藻酸鹽與聚吡咯的可注射導(dǎo)電心臟支架可促進(jìn)心肌纖維組織再生[41]。 根據(jù)其特性，為了模擬的納米纖維結(jié)構(gòu)，由聚苯胺與聚乳酸制備的仿生細(xì)胞外基質(zhì)導(dǎo)電納米纖維片搭載H9C2 心肌細(xì)胞，構(gòu)建了人工心肌微組織。在體外培養(yǎng)后表現(xiàn)其出管狀和折疊狀的心肌纖維結(jié)構(gòu)，且能觀察到明顯的心肌收縮現(xiàn)象[42]。

3.3 微組織工程技術(shù)構(gòu)建人工骨

理想的人工骨， 首先必須具有良好機(jī)械性能，可以代替天然骨組織起到人體的支撐作用；其次，應(yīng)具有合適的骨傳導(dǎo)及誘導(dǎo)性，可支持骨細(xì)胞正常生長(zhǎng)且能促進(jìn)其向成骨細(xì)胞分化；最后，理想的人工骨除骨組織外應(yīng)整合進(jìn)血管，以便氧氣及其他營養(yǎng)成分的轉(zhuǎn)運(yùn)。 通過微組織工程技術(shù)構(gòu)建人工骨，骨細(xì)胞分布均勻，不易出現(xiàn)壞死區(qū)域，且可以根據(jù)需要整合血管等其他組織器官，移植成功率更高且在理論上應(yīng)具有良好的功能性。 目前，被應(yīng)用于人工骨構(gòu)建的微組織構(gòu)建技術(shù)主要包括靜電紡絲、3D 生物打印及微流控。

3.3.1 靜電紡絲構(gòu)建人工骨微組織

骨組織的膠原主要呈纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，靜電紡絲技術(shù)是唯一可以用來規(guī)模化生產(chǎn)微/納米纖維的微組織工程技術(shù)，因此其被廣泛開發(fā)應(yīng)用于人工骨微組織的構(gòu)建。 如由聚乳酸、明膠和糖胺聚糖作為基礎(chǔ)材料通過靜電紡絲構(gòu)建的類似于天然骨纖維的細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)的納米纖維網(wǎng)適合作為微載體搭載成骨細(xì)胞構(gòu)建骨微組織[43]。 另外，有研究者采用新型“靜電噴網(wǎng)”技術(shù)，獲得了纖維直徑10 ～40 nm 的二維納米結(jié)構(gòu)材料，該納米結(jié)構(gòu)材料孔徑小、比表面積大、孔隙率高，相較于單一經(jīng)緯度的納米纖維更能模擬天然骨組織的立體結(jié)構(gòu)，具有較為廣闊的應(yīng)用潛力[39]。

3.3.2 3D 生物打印構(gòu)建人工骨微組織

作為一種新興的精準(zhǔn)醫(yī)療技術(shù)，3D 生物打印作可為不同患者個(gè)體化定制人工器官，實(shí)現(xiàn)人工器官與損傷部位的完美匹配。具體至骨微組織，3D 生物打印可以精確地將種子細(xì)胞、 微載體準(zhǔn)確沉積在指定位置，解決了種子細(xì)胞難以精確定位的難題[44]，但打印的分辨率仍有待提升，且打印時(shí)間過長(zhǎng)易造成種子細(xì)胞因缺乏培養(yǎng)環(huán)境而死亡。 此外，除單獨(dú)使用3D 生物打印技術(shù)之外， 還可將其與其他技術(shù)如微流控、微模塑、光刻蝕等結(jié)合使用，構(gòu)建具有微網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的人工骨。

3.3.3 微流控構(gòu)建人工骨微組織

對(duì)于骨微組織的構(gòu)建，微流控技術(shù)具有兩方面的優(yōu)勢(shì)：①可通過控制機(jī)械和化學(xué)參數(shù)體外模擬構(gòu)建適合骨組織生長(zhǎng)的微環(huán)境；②可以在人工骨微組織中精確搭載血管微組織，使人工骨具有一定功能化[45]。 雖然微流控技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于人工骨微組織的構(gòu)建，但其潛力并未被完全開發(fā)。在今后如能將計(jì)算機(jī)精確建模技術(shù)引入微流控人工骨的構(gòu)建，其臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用將變得更加現(xiàn)實(shí)。

3.4 微組織工程技術(shù)構(gòu)建人工軟骨

由于其獨(dú)特的缺血微結(jié)構(gòu)，軟骨的自我修復(fù)能力有限[46]。 對(duì)于形狀不規(guī)則的軟骨缺損，傳統(tǒng)組織工程人工軟骨往往很難達(dá)到精準(zhǔn)匹配。微組織工程技術(shù)精準(zhǔn)搭建的組織構(gòu)建方式恰好可以解決現(xiàn)有人工軟骨制備的難題。目前最為常見的軟骨微載體可依據(jù)原材料來源分為兩類，即合成及天然軟骨微載體。 合成微載體包括聚苯乙烯、 聚丙烯酰胺和葡萄糖微載體，因缺乏細(xì)胞識(shí)別位點(diǎn)，影響細(xì)胞生長(zhǎng)，應(yīng)用較少。天然聚合物，如殼聚糖、明膠、海藻酸鹽因具有更好的生物相容性及細(xì)胞黏附位點(diǎn)而被制備成如微球、微凝膠等各類微載體，搭載軟骨細(xì)胞構(gòu)建成了軟骨微組織[47~49]。然而，天然微載體仍可能存在營養(yǎng)和氧氣的傳輸受限的缺陷，導(dǎo)致構(gòu)建的軟骨微組織部分區(qū)域易出現(xiàn)壞死[50]；另外，軟骨細(xì)胞體外培養(yǎng)不易，部分研究者會(huì)選擇具有軟骨誘導(dǎo)分化功能的多功能干細(xì)胞等作為軟骨微組織構(gòu)建所需的種子細(xì)胞。

4 展望

近年來，伴隨器官移植快速增長(zhǎng)的需求，構(gòu)建性能、結(jié)構(gòu)與天然器官相似的人工器官成為了目前生物醫(yī)學(xué)工程研究的熱點(diǎn)[51]。 傳統(tǒng)組織工程技術(shù)是一種“粗放型”的組織構(gòu)建技術(shù)，構(gòu)建的人工器官分辨率受限很難與待移植區(qū)域精準(zhǔn)匹配， 即使可以勉強(qiáng)移植，也可能因人工器官中易出現(xiàn)壞死區(qū)域而導(dǎo)致移植失敗，危及生命。

微組織工程技術(shù)的出現(xiàn)為人工器官精準(zhǔn)構(gòu)建提供了新的研究思路，它是一種個(gè)體化的精準(zhǔn)組織工程構(gòu)建方式，其主要將具有特定功能的組織微單元以特定的排列通過3D 生物打印、靜電紡絲等工程化技術(shù)個(gè)體化組裝形成與天然器官結(jié)構(gòu)、功能相近的人工器官。利用微組織工程技術(shù)構(gòu)建人工器官在理論上可以與待移植區(qū)域精準(zhǔn)匹配，移植后成功率會(huì)更高。

但迄今為止，微組織工程技術(shù)構(gòu)建人工器官并不能替代臨床常用的自體或同種異體器官移植，其根本原因在于：①種子細(xì)胞的來源不穩(wěn)定，且某些種子細(xì)胞體外培養(yǎng)擴(kuò)增難度較大，難以保證在低成本的條件下獲得足夠的種子細(xì)胞； ②微組織組裝成本較高，利用3D 生物打印或者靜電紡絲等技術(shù)將微組織按照體外模型組裝形成所需的人工器官，整個(gè)流程所需時(shí)間較長(zhǎng)，且所涉技術(shù)成本較高，短期很難真正應(yīng)用于臨床。

相信在不久的將來，隨著多學(xué)科交叉融合的不斷深入，勢(shì)必會(huì)有越來越多的其他學(xué)科新技術(shù)被引入生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，屆時(shí)種子細(xì)胞的來源、微組織的組裝可能將不會(huì)成為困擾微組織工程技術(shù)真正應(yīng)用臨床的難題。利用該技術(shù)個(gè)體化構(gòu)建功能化的人工器官將為臨床器官損傷提供一條新的治療思路，為更多需進(jìn)行器官移植的患者帶來治愈的希望。