上：第一个生物材料“皮肤替代物”Integra的发明者Ioannis Yannas博士和John Burke医生；下：第一个组织工程产品“人造皮肤”Apligraf发明者Eugene Bell博士，组织学表征显示Apligraft可模拟天然皮肤表皮和真皮的双层结构。（图片据参考资料[1][2]制作）

　　需求是发明创造之母，为了攻克上述医学难题，“组织工程和再生医学”应运而生。让我们再穿越到1970年代的美国波士顿，此时细胞生物学和材料科学正蓬勃发展，两个领域的交叉也呼之欲出。来自波士顿儿童医院的骨科医生William Green首次用分离的软骨细胞结合脱钙骨对患有软骨缺损的兔子进行了软骨再生实验。麻省理工学院的材料学家 Ioannis Yannas教授和麻省总医院的临床医生 John Burke经过大量的尝试了，最终发明了一种由天然胶原蛋白和多糖组成的生物材料，作为“皮肤替代物”，移植后可有效的促进真皮再生（成为后期商品Integra的原型）。其后麻省理工学院的细胞生物学家Eugene Bell教授更是将人的皮肤纤维细胞和角质化细胞分离，并结合天然胶原蛋白制造出具有天然“表皮真皮双层结构”的仿生人造皮肤，这名教授随后投身产业界，创立了著名的Organogenesis（中文译为器官再生）公司，经过10余年漫长的临床试验，于1998年推出了第一个获批的带有异体活细胞的组织工程皮肤产品Apligraft。

　　伴随着业界的风起云涌，以1993年美国麻省理工学院的化学工程师Robert Langer和麻省总医院的临床医生Joseph Vancanti共同发表在《科学》杂志上的关于组织工程的综述文章为标志，组织工程作为一门新兴学科被学术界广泛认可。《科学》杂志上这篇被奉为经典的文章里，这两位组织工程领域的“先行者”总结了20多年来领域内的相关科学研究成果，如此定义这个充满无限可能性的学科：“这是一个多学科交叉的领域，运用工程和生命科学的原理开发生物代替物，以恢复、维持和改善组织功能。”

　　从那时候起直到今天的20多年间，这个“做造物主工作”的学科开始了更加波澜起伏、激动人心的发展历程。

　　像建楼一样构建组织和器官

　　结合组织工程三要素在体外将细胞种植到生物材料支架上在富含活性因子的培养环境中构建人造组织。（作者供图）

　　在Langer和Vancanti的《科学》综述中，构建“人造组织”的思路和方法与建楼如出一辙：生物材料就是人造组织的“脚手架”，提供支持和塑形的功能；组织大厦中的“一砖一瓦”是由各类细胞构成的，决定了组织活性和功能的核心；大楼中还需要有水、电等能量物质，这由各类具有不同生物活性的可溶性因子（一般是培养液中的各类生长因子和激素等）所完成——这构成了组织工程中的“三要素”。随后，就像“炼金术造人”中所描述的那样，将装载有各类细胞的生物材料支架浸泡在富含千百种活性因子和营养成分的培养液中，在模拟生理温度（37℃）和酸碱度(pH 7.4)的生物反应器中培养成组织。

　　组织构建的核心元素是细胞，包括成体细胞和干细胞。成体细胞是分化的成熟细胞。我们不妨打量一下自己，每个成年人都是由200多种、约1014（100万亿）个成体细胞构成的生命体。我们的生老病死、喜怒哀乐都是这海量细胞相互作用的结果。原代成体细胞可通过组织分离获得，我国早期从事组织工程研究的上海交通大学医学院附属第九人民医院的曹谊林医生，就和前面提到的麻省总医院的Vancanti合作，将分离的软骨细胞种植到具有人耳轮廓的生物材料支架上，然后植入到老鼠背部，形成了携带有耳朵结构软骨组织的Vancanti老鼠。和体细胞对应的另一类细胞是干细胞。一个“干”字尽显其重要性：干细胞是可分化成其他种类功能细胞（如皮肤细胞、肝脏细胞等）的“万能细胞”，包括从胚胎中获得的胚胎干细胞、从成体组织中获得成体干细胞，以及经过体外诱导的多能干细胞等。神奇的干细胞还可以在保持自身特性的同时不断复制自己，可以提供大量的细胞来源。不要忘了，我们每个生命都是从一个受精卵分裂产生的胚胎干细胞不断复制和分化而生，而生命的衰老也和体内成体干细胞不断枯竭相关。2007年日本学者山中伸弥通过导入4个基因，成功将皮肤细胞诱导成具有胚胎干细胞特性的诱导多能干细胞(iPSCs)，从此不同种类细胞之间的界限被彻底打破，也使得孙悟空拔根毫毛变出猴子猴孙的神话有可能变成现实（拔掉的毛发前端一般都会有皮肤细胞残存，吴承恩先生真有先见之明）。

　　人造组织带来的医学奇迹