創(chuàng)傷、疾病、遺傳、衰老等原因可能造成組織、器官缺損或功能障礙，我國這一類型的患者人數(shù)位居世界各國之首。生物學領(lǐng)域的科學家一直致力于攻克修復(fù)創(chuàng)傷、組織再生甚至器官再生的難題。

　　最近幾年，由中科院遺傳發(fā)育所領(lǐng)銜的中國科學院與再生醫(yī)學戰(zhàn)略性先導科技專項的“人工組織器官構(gòu)建”項目，在再生修復(fù)領(lǐng)域取得了一系列技術(shù)突破。干細胞與再生醫(yī)學先導專項是中科院“A類先導”中最先啟動的項目之一，戴建武研究員帶領(lǐng)團隊，利用生長因子控釋技術(shù)改造生物支架材料，研制出了具有誘導組織再生能力的智能生物材料。這些智能生物材料攜帶的活性功能成分(通常包括生長因子或干細胞等)，能主動對機體的再生過程產(chǎn)生影響。

生物支架材料 為組織再生提供空間

　　生物機體本身各種組織都具有一定的再生能力，創(chuàng)口處的組織中和血液中存在組織再生所需的干細胞，科學家們需要提供一個有利于細胞黏附、增殖、分化的環(huán)境，也就是支架材料。

　　由于支架材料要植入機體內(nèi)，材料基質(zhì)的選擇就顯得非常重要。項目組選擇了人體最重要的外基質(zhì)——膠原蛋白，研發(fā)出一批支架材料產(chǎn)品，可引導多種組織再生包括神經(jīng)、肌腱等的有序再生。一小塊膠原薄膜縫合到切除舌癌的創(chuàng)口處，三四個月后，再生的組織已基本填滿了缺損的部分。除了提供再生空間，膠原支架還可以引導組織再生，例如神經(jīng)外周神經(jīng)損傷后，神經(jīng)再生比其它組織再生要慢，損傷部位纖維組織生長較快而阻礙神經(jīng)再生，在創(chuàng)面嵌入一塊膠原膜可起到屏蔽纖維化組織生長而引導神經(jīng)再生的作用。

生長因子緩釋技術(shù) 高效主動定向誘導組織再生

無菌的生長因子制備間

                                                                                         生產(chǎn)的生長因子可通過潔凈間的傳遞窗向外傳遞


        然而，盡管利用支架材料可以支持一定程度的組織再生，但支架材料本身不具有誘導組織再生的能力。換句話說，支架材料只是搭了臺，但要想請得動細胞唱再生修復(fù)這出“戲”，還需要生長因子等能誘導組織再生的活性信號分子出馬。生長因子是一類具有調(diào)節(jié)細胞生長、分化等特性的細胞因子，通過與特異的、高親和的細胞膜受體結(jié)合，調(diào)節(jié)細胞生長及其他細胞功能。生長因子用于臨床最大的問題，就是會在創(chuàng)面擴散而被血液稀釋。不僅會造成非常大的消耗量，還存在風險——隨血液到處擴散的生長因子，可能在別處誘導不必要的再生(副作用)。

　　遺傳發(fā)育所再生醫(yī)學團隊通過改造生長因子的分子結(jié)構(gòu)，制備了融合膠原結(jié)合區(qū)(CBD)的生長因子，利用一節(jié)短肽將其“拴”在支架上；同時，當生長因子被細胞表面受體識別時，又能從膠原膜上釋放出來。這樣，在體內(nèi)損傷修復(fù)環(huán)境中，保證了生長因子不會從材料上“掉下來”，在組織中擴散，有效地控制其在病灶處釋放；且能提高生長因子的局部治療濃度，大大降低消耗。

具有世界領(lǐng)先的生長因子控釋技術(shù)已獲得多項國內(nèi)專利，并獲得國際專利。

       基于這種生長因子緩釋技術(shù)，項目組已經(jīng)研制出了多種智能生物材料，在骨組織、外周神經(jīng)組織、膀胱組織、心肌組織等多種組織的再生上，都取得了有效的進展。

　　交通事故、腫瘤手術(shù)等有時會造成神經(jīng)損傷，比如人們常說的“口歪眼斜”就是面部神經(jīng)損傷的典型表征。我國每年新增這類患者約40-60萬例。微小的損傷，外周神經(jīng)本身即可修復(fù)；而對于較長距離的損傷，其再生能力就有限了。項目組研制的有序膠原纖維和膠原導管，能夠較好地恢復(fù)遠距離(3.5cm以上)面神經(jīng)的功能。

　　除了支架材料和生長因子，干細胞是再生醫(yī)學的另外一個核心要素。干細胞是具有多向分化潛能的未分化或低分化的細胞；在上述生長因子引導之下，分化出功能細胞重建所需組織。除此之外，科學家們也在探尋更多樣的干細胞修復(fù)方法。比如靜脈注射，將干細胞隨血液輸送到病灶處進行修復(fù)。遺傳發(fā)育所的再生醫(yī)學科研團隊正在探索利用干細胞治療塵肺病的新療法。

　　塵肺是以肺組織纖維性病變?yōu)橹鞯募膊?，長期吸入粉塵所致；中國患塵肺病人數(shù)居世界之首，已患病人數(shù)100余萬例，并且沒有特效治療方法。目前治療方法之一是大容量肺灌洗，但肺灌洗對初級的塵肺有效，且不能延緩或控制纖維化進展。遺傳發(fā)育所團隊研究認為，大量的肺灌洗后，肺部會留下很多新鮮的創(chuàng)面，如若將干細胞與肺灌洗結(jié)合，可以讓干細胞直接入肺參與組織重建。初步實驗證明，此法確實對于肺缺氧、炎癥等具有很大的改善作用。而且，相對于干細胞靜脈輸入，干細胞灌洗是一個外循環(huán)過程，安全性更高。

　　項目組還有一項重要的取得階段性進展的工作，是在臨床級別間充質(zhì)干細胞認證方面的工作， 中科院動物研究所的北京干細胞庫(周琪研究員課題組)承擔了干細胞標準化研究的任務(wù)。間充質(zhì)干細胞是一類存在于多種組織(如骨髓、臍帶血和臍帶組織、胎盤組織、脂肪組織等)，具有多向分化潛力的成體干細胞，具有來源廣泛、免疫原性低等特點。這為干細胞的臨床研究提供了堅實的基礎(chǔ)。不過，目前我國對于干細胞研究尚持比較謹慎的態(tài)度，尤其對臨床使用管理十分嚴格。對于干細胞再生修復(fù)的爭議，戴建武研究員認為主要還是對安全性的擔憂：干細胞是非常具有前景的生物醫(yī)療手段，但由于其全能性，進入人體后是否會出現(xiàn)計劃外的分化，尤其是是否會發(fā)生癌變，現(xiàn)階段還沒有足夠的實驗支撐，必須嚴謹?shù)貙Υ?
　　智能生物材料未來的產(chǎn)品轉(zhuǎn)化，趨勢是由簡單到復(fù)雜；從最開始使用單一支架，或一種干細胞，一種生長因子引導再生到兩兩結(jié)合，最終三者相結(jié)合，即有可能完成體外誘導培養(yǎng)成完備的組織器官，如同汽車零件，達到再生修復(fù)的“私人定制”。