组织工程的理念大约诞生于30年前，即1988年。在这一领域做出开创性工作的两位学者是外科医生Joseph Vacanti和麻省理工学院教授Robert Langer。然而，直到近十年后，“组织工程”一词才成为主流热词，这得益于那只臭名昭著的“Vacanti小鼠”——背上长着一只人耳的小鼠——被公之于众。
这只小鼠引发了动物权益人士的强烈反对，也让许多不了解相关科学的人对基因工程心生恐惧。但对另一些人来说，它带来的是兴奋与惊叹。“如果我们能培育出人耳，为什么不能培育肾脏、肝脏或眼睛？”由此，组织工程迎来了一个充满希望——也充满炒作——的时代。
时至今日，Vacanti小鼠依然令人印象深刻，它代表了科学上的一大进步。然而，许多人仍不清楚研究人员究竟做了什么。所谓的“耳朵”实际上是由可生物降解塑料制成的网状支架，被塑造成所需形状，撒上从一头牛身上采集的软骨细胞，然后植入小鼠皮下。研究人员在12周后取出这些“耳朵”，发现结构内已生成了一些新的软骨。
组织工程的基本原理至今仍未改变。一般而言，将可生物降解材料塑造成目标器官或组织的形状，这种结构通常被称为“支架”。随后，将适当类型的细胞接种到支架上。在植入体内或在实验室中培养成熟后，人们希望支架能够缓慢降解，与此同时，细胞将自行组织排列，重建出具有功能的器官或组织。
然而，尽管经过30年的深入研究，我们仍依赖器官捐献，而非在实验室中培育肾脏、肝脏和心脏。因此，问题在于：这项研究究竟产生了哪些实际应用？
为此，我们采访了墨尔本大学生物医学工程系主任、组织工程专家Andrea O’Connor教授。
Daniel Heath——组织工程是否已产生切实的临床影响？
Andrea O'Connor——当然有。其中两个最成功的例子是INTEGRA和Osteopore。INTEGRA用于帮助修复皮肤。该材料通常在烧伤后覆盖于受损的皮肤区域。该材料由两层构成。内层与受损组织接触，是一种胶原基质。胶原帮助新的皮肤细胞和血管长入损伤部位，以促进修复。外层是一种不可降解的薄膜，起到屏障作用，有助于防止感染和损伤部位的体液流失。治疗后数周，外层被剥离，露出新再生的真皮层[即皮肤的内层]。Osteopore是另一个成功案例。这是一种多孔可生物降解材料，用于颅面外科手术中的骨修复。
DH——哪些主要障碍阻碍了组织工程产生更大影响？这些挑战又该如何应对？
AO——在我看来，最大的挑战之一是血管化。在人体内，几乎所有组织中的细胞都位于距离血管约200微米的范围内。这些血管对细胞的存活至关重要。没有血管，细胞便无法获得足够的氧气和营养，从而死亡。200微米是非常短的距离，相当于几根人类头发的宽度。研究人员在实验室中培养含有血管网络的组织，实际上已经相当成熟。然而，当我们将这些结构植入体内时，血管无法足够迅速地与患者的血管相连。这意味着，我们在实验室中费尽心力构建的组织，可能无法在植入过程中存活。
我认为，3D打印及类似技术将真正有助于解答这些问题。全球许多研究人员正致力于制造包含预成型血管通道的结构，这些通道可以迅速与血液供应相连。我满怀希望，这将使我们能够构建更大、更成功的组织工程结构。
她表示，还存在其他挑战，例如如何获取适当类型和数量的细胞，用以填充支架。
AO：例如，如果您想培育一个肾脏，就需要大量存在于肾脏中的各种细胞类型。然而，这些细胞从何而来？大多数人都非常珍视自己的肾脏！此外，肾脏中存在许多不同类型的细胞，它们排列成非常复杂的结构，若缺少这种结构，组织工程化的肾脏便无法正常发挥功能。
目前，许多人正在研究从患者体内分离干细胞，将其扩增至大量细胞，再使其分化为适当的细胞类型，然后用这些细胞填充组织工程支架。我也希望，3D打印能够在帮助这些细胞组织成正确结构方面发挥作用，从而使我们能够构建功能更完善的组织。
此外，阻碍组织工程在临床中应用的其他重大障碍还包括监管和商业方面。新技术必须经过多年的临床试验。在将这些治疗方法作为常规治疗手段使用之前，我们必须确保其安全且有益。然而，这种严格的测试确实会减缓新疗法惠及普通人群的速度。
此外，这些临床试验的费用高达数百万美元。要实现这一点，您必须能够说服大型企业或风险投资机构投资于该技术的开发。许多极具前景的进展未能获得足够资金，无法将发明一路推进至临床阶段。我们将实验室开发与临床试验之间的阶段称为“死亡之谷”，许多技术都无法穿越这一谷地。
DH——该领域目前的最先进水平如何？组织工程在未来五年将走向何方？
AO——除了继续致力于为治疗应用工程化整个器官或组织之外，令人振奋的发展领域还包括类器官和微生理系统。虽然在实验室中生成完整的肾脏及其他器官具有挑战性，但我们可以培育出较小版本的这些器官，它们能够复现其部分关键功能。
许多研究团队正利用微流控技术将这些类器官连接在一起，以期打造出接近“芯片上的人体”某些方面的系统。这些系统在药物筛选和个性化医疗领域具有巨大潜力。
目前，药物仍需在动物身上进行测试。然而，这在伦理上存在困难，而且众所周知，大多数动物对许多药物的反应与人类并不相同。我们有可能在此创建相应平台，使药物在高度接近人体的系统中完成筛选，然后再在人体上进行测试。这很可能有助于减少所需的动物实验数量，并为我们提供关于药物如何与人体生理机能相互作用的更优质信息。
对于一门全新的科学领域而言，30年的发展时间并不算长，尤其是在复杂且受到高度监管的医疗领域。迄今为止，组织工程的进展已成功地从实验室转化至临床应用，数以千计的人从中受益。
随着研究的持续深入，该领域将不断成熟，新的令人振奋的治疗方法将陆续进入临床实践。然而，这需要在该科学领域持续投入资金，需要杰出的科学家和工程师齐心协力应对该领域尚未解决的挑战，并需要行业积极推动这些技术，以确保它们顺利穿越技术“死亡之谷”。
