一、前言

本文阐述了有关组织工程材料用于基础研究创新或临床应用的问题，旨在论述和讨论生物材料的作用及其在再生医学领域应用的新方向。本文还讨论了提高患者生活质量的重要医疗设备的研究进展。

截至2016年4月，美国全国器官移植候补名单上有14.13万人。而2015年仅有39 100例移植手术，超过13%的患者在接受捐赠器官前死亡。

组织再生是再生医学领域的一个重要课题。文中提到的组织损伤涉及骨、肌腱、肌肉、皮肤、神经和软骨。它们有急性损伤，也有慢性损伤，包括创伤、烧伤、溃疡和伤口。因为这些疾病特征的差异，使得开发一个通用的生物材料来治疗这些疾病非常具有挑战性。

20世纪70年代，生物材料组织替代物开始用于替代器官。1972年由哈佛大学和麻省理工学院的伯克和亚纳斯开发的“人造皮肤”可能是最早的此类器官替代物。早期的一些生物材料包含胶原蛋白和纤维。后来，再生生物材料领域得到了迅猛发展。

2017年再生生物材料年销售额超过2 800亿美元。预计到2040年这些产品的销量将增长300%。全世界范围内，生物材料的新兴研究领域正在涌现，如生物材料辅助伤口修复，减少器官移植和优化诊断系统。目前的组织再生策略包括了以合成或天然材料为基础的生物支架、凝胶、薄片和植入物。

在新型材料的研发中，以天然聚合物为基础，加入合成化合物，是目前探索生物材料在再生医学中应用的主要途径之一。然而，这些新型生物材料仍然需要化学物质和生物材料的结合，以促进再生和愈合。因此，目前许多科学家尝试在生物材料中添加生长因子或蛋白质。

再生医学领域的一个新需求是开发具有快速识别能力的诊断系统。如图6-1所示，这些诊断系统以微球或纳米球的形式存在，微球表面装饰有生物大分子，为其提供了理想的生物学特性。生物材料的识别主要是在生物元素上进行的。例如，抗体与抗原、蛋白质与底物的相互作用被认为是生物系统识别的早期形式。在现代再生医学中存在的问题是：我们能否创造出一种合成生物材料，来替代识别过程，从而降低成本，提高稳定性？

图6-1　具有识别能力的聚合物微球和纳米球，生物大分子提供了与液体接触时的识别特性

Peppas和Clegg（2016）在一篇文章中对如何解决这一问题进行了思考，指出了这些技术必须克服的挑战，目的是改善生物材料对生理环境的反应。