6年前,加拿大多伦多大学的Mihael sefton向组织工程这一新兴领域的同事提出了挑战:在l0年内制造一个有功能的人体心脏。同年晚些时候,由于成功分离人类胚胎干细胞,这个挑战似乎更具有可行性。毕竟干细胞是制造有功能器官的真正起点。 

　　现在,Sefton承认,他当初设定组织工程活体移植器官的期限是幼稚的。并认为实现这一目标至少还需要10-20年。他清楚:"先会走,才能跑。目前担忧的是,我们能以可控的方式制成有血管的组织块或含有2-3种细胞的组织吗?" 

已在实验室培养生成了皮肤薄片和单根血管,其中某些型号已通过人体临床试验,但任何一个身体器官都是精心制造的三维立体的庞然大物。它由特殊的细胞、神经和肌肉组成,并与致密的毛细血管网交互编织。通过扩散作用获得氧气和营养物质,排出二氧化碳和废物。主要的障碍是使多种细胞以一种协调的方式生长并发挥作用,以及剌激供给组织营养的百分之几毫米厚的血管的形成。 

　　通过模拟一个器官生长的自然三维立体形状,组织工程师试图使邻近的细胞相互交流信息,从而达到建造所希望得到的组织的目的。这种思维方式已产生出一种类似喷墨打印机的方法,将一份数量不等的聚集细胞喷印成简单图样的细胞膜片,一起漂浮在培养液表面。这些小的细胞膜片相互连接成为大的组织团块。下一步是用多种类型的细胞去"印制"类似的图样。最终能将这些"印制"的图样层层叠加,以建造大的组织结构。另一种类似的技术,是将活细胞混悬培养在多层或塑制成三维立体形状的透明水溶胶基质中。但两种策略都未能制备出最重要的、使较厚组织存活的血管网。 

　　将干细胞种植在各种含有促进生长化学物质的简单支架上的方法,已取得了很大的进展。例如,去年秋天,美国麻省工学院和以色列科技学院报道,在种植了人类胚胎干细胞的生物可降解多聚物支架中,不仅生长出了神经、肝和软骨组织,还形成了三维立体的血管网络。当移植到小鼠体内后,这些结构仍然完整,而且似乎与动物的血愤循环建立了联系。但是,从事干细胞、胚胎等工作的科学家明智地认识到,他们才刚开始了解调控细胞成为某种组织的技巧,也才刚开始识别在器官发育过程中从自然环境接受的以及细胞间相互交流的信息。Sefton承认:"我们没有掌握自然界那样极精湛的技能。" 

　　多数培养完整器官的模型都使用某种活的生物反应器。在某些情况中,这个生物反应器可能就是需要这个器官的患者本身。在1990年,美国威克佛里斯特大学的Anthony Atala曾经在烧杯中培养成一个简单的膀胱并移植到狗体内。最近他与同校的P.Lanza以及其他人合作,在母牛体内培养了一个小型肾。从母牛的一个胚胎中得到尚有争议的肾前体细胞,他将其植入母牛体内,这些细胞发育生成了含有正常肾脏所有类型的细胞的前器官,并且这些所谓肾单位竟然产生了类似尿的液体。 

　　根据美国梅约医院移植生物学中心主任L.Platt的看法,仅在体内种植一个器官,让机体承担其余结构的构建,这一设想对肾脏是可行的。因为在新器官生成的过程中,可应用透析治疗患者。相反,对心肺衰竭的患者,在体内培养一个新器官,将会给已经虚弱的病体加上更大的负担。Platt进一步指出,随着对自然建造大型身体器官的深入了解,对于中度心肝受损患者而言,创造更复杂组织过程中的每个进展,都是一种救生圈。《科学美国人》