组织器官衰竭是危害人类健康的大敌。美国每年用于这方面的开支约占全年医疗费用的一半。治疗措施包括：器官移植(同种或异种移植)、外科手术、人造假体、机械装置，少数患者还可借助药物治疗。但对那些损伤严重的组织器官而言，上述方法均不能完全修复衰竭的组织器官，获得令人满意的效果。
历史回顾
组织工程是伴随着生物材料的发展而发展起来的。60年代中期，人造皮肤已成为一种治疗烧伤的有效手段，随后由合成纤维制成的人造皮肤也用于烧伤的治疗。70年代初期，主要着手于对植人物所造成的血液凝固的研究，开发出由肝素包被的复合体。另外，还对由不同有机聚合物制成的移植物或组织工程产品的生物相容性及毒理特征进行了重点研究，并开发出可作为人造皮肤基本原料的新型胶。70年代后期，又对胶原制成的人造皮肤在口腔粘膜损伤治疗中的应用进行了研究。
80年代，组织工程生物材料的研究和开发有了突飞猛进的发展。主要表现为全世界许多著名大学相继成立了生物医学工程系。1981 年，研制出一种新型的皮肤替代品，组成为具有多孔呈海绵状的胶原，并交联了软骨素，外表覆盖一层硅，这种皮肤替代品已成功地用于重度烧伤的治疗。
90年代又推出几种新产品。1993 年加州Interpore公司推出的ProOsteon是由珊瑚制成的骨的替代品。1996年新泽西州Intergra 公司生产的“人造皮肤”已证实可直接用于人体，且不引起组织再生性反应。1998年，普通外科和整形外科器械咨询小组(GPS-DAP)无条件向美国食品和药品管理局(FDA)推荐Apligraf人皮肤替代品，并得到FDA的支持，用于治疗腿部静脉溃疡。由Organogenesis公司生产的Apligraf是第一个由顾问委员会向FDA推荐、并获得认可，且具有活性的人造器官，尤其是具有多层的组织工程皮肤。1997年8月由加拿大诺瓦帝斯制药公司倡议，Apligraf准许可以用于治疗腿部静脉治疗。
目前现状
有意思的是组织工程公司之间的合作方式与传统的药物开发公司和大药厂之间的协作方式略有不同。如LifeCell公司研制的用于移植和维持血容量的替代品。该公司与明尼苏达州的Metronic公司于1993年共同研制的生物工程猪心脏瓣膜，可用于人心脏瓣膜置换术。
Metronic公司作为顶尖的一家医疗器械公司，主要从事与心脏外科有关的一系列的机械瓣膜和人工组织瓣膜；还与“生命细胞”公司共同研制出一种组织工程产品。这种企业间的联合，为大药厂规模化生产组织工程产品提供了一种模式，即医疗器械公司应更具专业化。
组织工程还得到来自军事方面的关注和资助。许多与战场有关的医疗应用，均与组织工程产品和生物材料有关。例如： Advanced Tissue Sciences公司在美国军事化学防御研究所(AICP)资助下，对“皮肤移植物(Dermagraft) —TC”用于化学烧伤已进行了小规模的临床试验。
“皮肤移植物—TC”为一种人造皮肤，外面包被一层人工合成表皮，可保护烧伤部位，降低感染和体液的潴留，使患者有足够的皮肤用于自体移植。其主要的替代品是尸体皮肤，缺点是来源有限；易发生急性排斥反应；还可引起病原体的播散。
生物工程产品的另一应用是检测其毒理和应用前景，即选择适当的动物进行检测。1995年，隶属“高级组织公司”的体外实验室检测(IVLT) 部门的加州斯特拉特姆实验室，已获得生产销售“皮肤2号”(Skin-2)的外用检测试剂盒的执照。除此之外，还享有其它6种组织的生产销售权。“皮肤2号” 为成活的人皮肤组织，具有多种用途。如可用于皮肤保护、生活起居、化学和药品的检测等。该物质已获得美国交通部和加拿大交通部的认可，并用于腐蚀试验，这表明该技术已获得认可。
以祖细胞作为组织发育分化的研究材料，已成为研究的热点。如应用含有转化生长因子—β (TCF—B)的特殊培养基，可诱导成人骨髓干细胞分化为软骨细胞。软骨细胞是软骨组织的成分，在一定条件下可以培育软骨细胞，从而形成外科治疗所需要的软骨组织。干细胞也可作为培育其它类型细胞的原料。
组织工程产品的另一重要应用为伤口修复。尽管主要集中在人造皮肤对烧伤的治疗，但对其它疾病也有帮助。如ATS公司的Dermagraft 是由人皮肤成纤维细胞制成的，具有三维构象，可在生物降解支架上生长，并可在低温下保存、纯化，可用于治疗慢性糖尿病患者的足部溃疡。临床研究发现，该物质可显著地促进溃疡的愈合，尤其对那些有活性且功能正常的Dermagraft细胞。
面临的挑战
在外科手术中生物工程产品的质量控制，成为组织工程产业所面临的最大的挑战。例如有活性的人体细胞以支持物的形式用于组织损伤的修复，它们需要在良好的生产条件下进行生产和培养，尤其用于间接体外生长的细胞。经过组织工程产业界的不懈努力，已制订出合适的质量控制标准。
用培养的自身软骨细胞修复膝盖损伤就是一个很好的例子。最近Genzyme Tissue Repair 公司基于对303例应用自体培养的软骨细胞的患者进行评价，提出了质控规程。上述规程基于对多种定量参数分析，包括活性、抗病原性，结果显示该物质(软骨细胞)是可以使用的，从而提出对组织工程产品进行质量控制的方法。
面临的另一挑战是从根本上弄清组织分化的机制，从而促进组织工程产品的开发。组织工程业正致力开发的一个产品是“骨骼的卖方市场”，以用于那些需要新骨的病人，该产品的主要成分为骨生发蛋白(BMP)复合体，它在比自体单独存在时低1000倍也可诱导外骨骼的形成。应用合适的移植物而不是具有促进骨骼形成的单一成分，研究人员正试图用局部浓缩的BMP复合体。
该产业面临的另一挑战是应开发出有多种外科术用途的组织工程产品，如血管。最近有报道称已研制出不含人工合成和外源性物质的组织工程血管。该血管是在管形的支持物的外周覆盖一层人的血管平滑肌细胞，然后再在血管平滑肌细胞外覆盖一层人的成纤维细胞。在细胞发育成熟后，移去管形的支持物，再将内皮细胞植入血管内膜层中。此种血管具有正常血管所必需的成分，并与人血管有很好的组织相容性。给狗短期植入这种组织工程血管，表现出良好的运输和通透性。
展 望
组织工程不仅仅是一种新兴产业，而且还具有巨大的市场潜力和投资潜力。最近的一项统计表明，仅1997年直接用于组织工程研究与开发的费用就达5亿美元，每年以22%的速度增长。这一良好的发展态势表明，组织工程产品的临床应用前景是非常美好的。
最近一项研究揭示多聚物支架为何在人体内具有那么长的寿命，它比非多聚物支架更适合用于矫形。另一项研究揭示那些由胶原制成的支架，可使角质细胞在人造皮肤中生长，它受交联有氨基聚糖胶原的调节，从而提高角质细胞的稳定性，使角质细胞在支持物上生长，并覆盖支持物。另外，一种来自酵母菌菌体的糖脂膜，可促进伤口的愈合及成纤维细胞的生长，故可作为皮肤的替代品，用于动物皮肤受损的治疗，具有显著的疗效。未来研究的重点是开发出具有多种用途的新型的组织工程产品。
未来组织工程的发展应集中力量在统一的、安全的、高效的标准下开发组织工程产品，包括细胞和组织的来源、材料特性和检验、质量保证和控制、临床前期和临床试验等。FDA已对某些特殊材料，如一些市售的人造皮肤给出一些规章制度会更加规范，以保证组织工程产品安全、有效。
组织工程的出现带来了巨大的商业利润并给传统工业以巨大的冲击。生物材料、支架、人工器官及分化细胞等组织工程产品，大大地满足医学需要，尤其对那些重要组织器官的损伤和衰竭。该产业面临许多技术上的挑战，并不在于颁布实施质量控制标准，保证组织工程产品安全、有效。我们深信组织工程必将对未来的健康、保健产生深远的影响。
[Nature，1999年5月17日]