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再生医学 淘“金”乐园

2019-04-18 22:58

  再生医学有着十分悠久的历史,原先指体内组织再生的理论、技术和外科操作。随着组织工程学的出现,使得再生医学进入了一个新时代。第一位提出“组织工程学”术语的是美籍华裔科学家冯元桢教授。组织工程学的基本原理是,从机体获取少量活组织的功能细胞,与可降解或吸收的三维支架材料按一定比例混合,植入人体内病损部位,最后形成所需要的组织混器官,以达到创伤修复和功能重建的目的。组织工程被认为是继细胞生物学和分子生物学之后,生命科学发展史上又一新的里程碑,组织工程学的出现,将外科学带入了再生医学的新阶段。

  再生医学从广义上讲,可以被认为是一门研究如何促进创伤与组织器官缺损生理性修复以及如何进行组织器官再生与功能重建的新兴学科,可以理解为通过研究机体的正常组织特征与功能、创伤修复与再生机制及干细胞分化机理,寻找有效的生物治疗方法,促进机体自我修复与再生,或构建新的组织与器官以维持、修复、再生或改善损伤组织和器官功能。狭义上讲则是指利用生命科学、材料科学、计算机科学和工程学等学科的原理与方法,研究和开发用于替代、修复、改善或再生人体各种组织器官的定义和信息技术,其技术和产品可用于因疾病、创伤、衰老或遗传因素所造成的组织器官缺损或功能障碍的再生治疗。

  目前在一般情况下,组织工程和再生医学没有严格区分,再生医学的内涵随着研究的深入正在不断扩大,包括组织工程、细胞和细胞因子治疗、基因治疗、微生态治疗等,国际再生医学基金会(IFRM)已经明确把组织工程定为再生医学的分支学科。

  20世纪90年代以来,随着细胞生物学、分子生物学、免疫学以及遗传学等基础学科的迅猛发展以及干细胞和组织工程技术在现代医学基础和临床的应用,使得现代再生医学已初步显示出良好的发展前景。在国际上,再生医学已经成为当今生物学和医学关注的焦点和研究的热点,一批新理论、新技术、新方法相继问世,极大地拓展了人类对生命现象本质的认识。

  全世界大约有上千万人遭受各种形式的创伤,有数百万人因疾病康复过程重要器官发生纤维化而导致功能丧失,有数十万人迫切希望进行各种。但令人遗憾的是,机体损伤和疾病康复过程中受损组织和器官的修复与重建,仍然是生物学和临床医学面临的重大难题,借助于现代科学技术的发展,如何使受损的组织器官获得完全再生或在体外复制出所需要的组织或器官,从而赋予生命新的希望。

  再生医学技术不仅被广泛应用于皮肤烧伤、慢性溃疡的救治,而且已被更广泛地应用于普通外科、骨科、创伤外科、手外科、眼科、皮肤科等多学科、多领域。:再生医学技术能实现人体多组织器官,如皮肤、黏膜、神经、肌肉、肌腱等的原位再生修复,并有望在人类攻克癌症上大显身手。

  上海交通大学医学院附属第九人民医院戴尅戎院士介绍说,多年来人们对再生医学的研究主要集中在器官、组织,最多到细胞水平,而纳米技术的出现和应用使科学家得以在分子水平观察、干扰、模拟组织再生,纳米探针技术等已经或将要服务于组织再生研究,纳米技术在骨再生中的研究主要集中在骨仿生材料制作和内植物表面涂层修饰两个方面。

  心脏病具有很高的发病率和死亡率,严重威胁人类生存和生活质量。由于心肌不像心瓣膜或血管,没有可用来替换的组织或生物材料,如何再造组织工程化的心肌组织成为研究热点。再生医学的发展,使得在体内外制造心肌组织成为可能。1999年,美国、加拿大以及欧洲的一些知名专家提出,希望在10年内复制出完整心脏。但因意识到再造完整心脏的技术复杂性和难度,目前研究人员已经将制造“完整心脏”这一理想目标过渡为再造“具有临床治疗功能的心肌组织”这一现实目标。

  在临床应用方面,华西医院的杨志明教授领导的组织工程实验室于1997年7月至2002年6月间,运用组织工程已成功修复重建骨缺损52例,肌腱、韧带21例,治疗肌病11例,大多取得了不同程度的满意效果。

  干细胞是人体及其各种组织细胞的最初来源,具有高度自我复制能力、高度增殖和多向分化潜能、可植入性和重建能力等特征。即这些细胞可以通过细胞分裂维持自身细胞群的大小,同时又可以进一步分化成为各种不同的组织细胞,从而构成机体各种复杂的组织器官。美国Science杂志公布的1999年世界十大科技成果中,干细胞的研究与应用名列榜首。干细胞研究不仅是当今生命科学研究的热点和难点,也是国际生物技术发展的前沿领域之一,许多国家产业界都对此给予了高度的关注和支持。

  作为再生医学的重要组成部分,干细胞技术几乎涉及人体所有的重要组织和器官,也涉及人类面临的大多数医学难题,如心血管疾病、自身免疫性疾病、糖尿病、骨质疏松、恶性肿瘤、老年性痴呆、帕金森氏症、严重烧伤、脊髓损伤和遗传性缺陷等疾病的治疗,同时也运用到抗衰老方面的治疗,近年来国内外相继取得了一系列极具应用价值的研究成果。如我国研制的用于白血病治疗的“原始间充质干细胞”注射液,已经进入临床研究阶段,表明我国干细胞治疗研究已经步入世界先进水平。

  国家“863”计划组织器官工程重大专项总体专家组组长、首席科学家裴雪涛说,干细胞研究的核心科学问题是生命起源与个体发育,蕴含着人体发育、疾病、衰老等等的奥秘,涉及到干细胞分离纯化、分析鉴定、杀半波公式,体外培养、定向诱导、组织工程、器官发育与移植等关键技术。以干细胞为核心的替代或再生治疗给束手无策的、严重危害人类健康的各种慢性或退行性疾病的治疗与康复带来了希望;同样,以干细胞为载体的基因治疗则给各种遗传缺陷性疾病的治疗带来了曙光,将带动一门再生医学的发展和产业化,促进医学的革命。

  再生医学的发展,将有助于医学走出组织器官匮乏的困境和以牺牲健康组织为代价的“拆东墙补西墙”模式,步入制造、再生、重建组织和器官的新时代。毫无疑问,它是继基因工程之后现代生物技术中又一新兴的前沿技术领域,必将成为21世纪具有巨大潜力的高科技产业之一。有研究机构预测,再生医学产品的未来市场将是千亿元以上的规模。

  但目前国内外真正可用于临床的再生医学产品寥寥无几,绝大部分再生医学研究都还处在基础研究与实验阶段,是什么让再生医学在产业化的道路上如此步履艰难呢?

  首先是安全性问题,以干细胞为例,虽然就心肌梗死治疗而言,目前干细胞已经被证实对心肌细胞的再生有明显促进作用,但干细胞治疗本身是否会导致细胞的恶性转化现在也还在研究之中。只有解决了干细胞产品临床应用的有效性、安全性和可控性评价等方面问题,干细胞产品才能真正为患者所用。

  此外,再生医学还面临着许多“纠缠”。如在种子细胞方面,虽然来自自体组织的功能细胞或有骨髓培养的间充质干细胞等有很多优点,但操作费时,对于急症手术的组织修复或恶性肿瘤切除后修复并不适用。因此,研究自体细胞简易培养、扩增技术,使其能在短时间内获得足够数量和功能很强的种子细胞,并能降低成本将会在临床有更大的应用价值。理想的支架材料应具备以下特点:生物相容性好;可降解,其降解产物对人体无害;有一定力学强度;可塑形等,但目前所有支架均不完全具备上述要求。

  我国规定组织工程产品属第三类器械,对于组织工程产品的产业化,需研究标准化批量生产的工艺技术、产品的包装技术、贮存及运输技术、人体内植入前的复苏技术、植入人体后的长期监督技术等,还要熟悉审批手续,制定管理制度和相应的政策法规。现在科学界已经在许多大动物身上成功构建了多种再生组织,有些(如软骨、人工皮肤)已作为产品上市,预计不久将有更多的组织工程产品问世。但专家认为,构建不同的具有正常生理功能的器官,特别是重要的生命器官,难度却非常大,甚至是否具有形成复杂器官的能力,目前还不清楚。再生医学的美好“钱”景,吸引了美国、日本、韩国等国以及欧洲各国政府和大型生物医药企业,它们纷纷投入巨资参与这一领域的研究和开发。随着生命科学研究的深入和材料技术的进步,在更多的疑难病治疗上都将出现再生医学的身影。