引用本文： 位晓娟, 奚廷斐, 郑玉峰. 生物源组织工程支架材料研究进展. 中国修复重建外科杂志, 2014, 28(6): 784-788. doi: 10.7507/1002-1892.20140173 复制
自2003年以来，各国组织工程领域的研究均未出现重大突破，产业化方面也无新的组织工程医疗产品通过美国食品药品监督管理局（FDA）认证，整个产业从狂热期转入低潮期。经过几年的冷静思考和科学调研，美国国家科技委员会于2007年6月制定了“Advancing Tissue Science and Engineering：A Multi-Agency Strategic Plan”[1]，基于对组织工程研究和产业化降温的主要瓶颈问题的把握和分析，提出了产业调整、优化、升级的系统策略和计划，不仅将“组织工程”从定义和概念上拓展为“组织科学与工程”，而且将其应用范围进行了科学外延，首次明确将工程化组织的非治疗领域应用纳入其中，例如生物传感器检测生物/化学危险物质、细胞工厂生产复杂精密蛋白、神经细胞网络及复合计算机器械的构建等。此外，该项计划中对组织科学与工程的总体目标、优先领域以及标准制定等方面也进行了优化调整，强调了生物材料的支架功能及细胞外基质/微环境研究的重要性，并突出了推动产品转化和商业化的紧迫性。
我国组织工程研究及产业化经过十几年的培育与布局已初具规模，而且随着国家科技部和基金委支持力度的增加，基础研究及应用研究平台的建设也相对完善。据统计，1999年－2010年我国科技部门对相关领域的经费支持已达5亿元人民币，培养并孵育了一大批科研单位和产品项目，其中组织工程皮肤、神经、骨、软骨和肌腱是研究和开发重点。生物源组织工程支架材料作为构建组织工程产品的主要因素之一，其发展、成熟和完善是推动该行业健康稳定发展的关键。现就生物源组织工程支架材料的研究进展作一综述。
1 组织工程支架材料发展巡礼
组织工程支架材料的基本功能是构建再生组织的形态并协调各类细胞的行为。随着组织工程研究的发展，支架材料的选择已由“就易取材”转变为“选择取材”，即根据特定应用所需性能选择相适应或相匹配的支架材料。早期组织工程使用的合成聚合物材料虽具有较好的生物相容性、生物降解性，以及适宜的强度、弹性、韧性和多孔性等机械性能[2-3]，但不能有效改善或协调各种细胞行为。生物源组织工程支架材料，如胶原、透明质酸、壳聚糖[4]等，是继合成聚合物材料之后的第2代支架材料，其细胞应答和组织相容性优于合成聚合物材料，但其结构和功能的仿生性仍需完善。目前，研发能在分子水平上刺激细胞产生特殊应答反应的第3代组织工程支架材料，已成为基础研究和产业界普遍关注的热点问题，这类材料将生物活性材料与可降解材料两个独立的概念有机结合起来，通过在可降解材料上进行活性组份修饰或直接选择在表面具有生物活性组份的材料得以实现。其中生物活性组份能与细胞表面受体结合，促进细胞黏附、增殖、分化以及细胞外基质的合成与组装，从而启动机体的再生应答系统，实现目标组织或器官的有序再生。脱细胞支架材料和细胞外基质材料是目前最符合上述要求的组织工程支架材料，且具有良好的产品转化可行性。
2 生物源组织工程支架材料现况
目前正处于研究阶段或产业化的生物源组织工程支架材料主要包括3类：① 生物衍生材料，如胶原、透明质酸、海藻酸、壳聚糖等；② 异种或同种异体脱细胞基质，如脱细胞骨、脱细胞气管等；③ 细胞外基质，如细胞片层。基于这3类支架材料的组织工程产品正逐渐成为产业增长热点，许多前沿研究正不断取得重大进展，多项相关产品处于重大突破边缘。
2.1 生物衍生材料
2.1.1 胶原
组织工程皮肤、骨、软骨是基于胶原支架构建的主要生物源组织工程产品，迄今已有多项成果如皮肤、骨等得以产品转化，其疗效已被普遍认可。还有许多胶原基组织工程产品已处于研发突破边缘或进入临床试验阶段。Radisic等[5]将心肌细胞接种至胶原支架，并外加电场刺激细胞生长和组装，8 d后获得有功能的小块心脏组织，这是首次成功获得具有类似心脏跳动节律的致密化组织工程心脏组织，开创了生长性心脏组织构建的蓝图。
① 胶原支架基组织工程皮肤：组织工程皮肤是最主要的胶原基组织工程产品之一，美国FDA已批准多项胶原基组织工程皮肤产品上市（表 1），经几十年的临床使用且不断提升，产品不断升级完善，市场接受度和容纳体量不断增加，从而形成巨大发展空间和潜力。以美国Organogenesis Inc/Novartis公司的Apligraf产品为例，2001年作为第2代产品的Apligraf销售总额已达1 000万美元，其2000年的销售额比第1代产品Dermagraft[6]增长了177%。在我国，国家食品药品监督管理总局（CFDA）于2007年批准上市的“安体肤”是首例自主研发的组织工程产品，由第四军医大学金岩教授及其团队研发并经陕西艾尔肤组织工程有限公司成功转化上市，该产品主要由牛胶原蛋白支架和人源性表皮细胞、真皮成纤维细胞构成，经一段时间培养后形成具有一定形态和功能的活性组织工程皮肤，可直接用于各类皮肤创伤，降低感染和免疫排斥、促进创面愈合、减少瘢痕形成[7-10]。
表1
美国FDA批准的代表性胶原基组织工程皮肤产品
Table1.
Representative collagen-based tissue engineered skin products approved by FDA
② 胶原支架基组织工程软骨及骨：作为软骨的主要组份，胶原是通过仿生手段构建组织工程软骨的理想支架之一。Ⅰ/Ⅲ型胶原补片用于软骨修复可有效减少术后并发症，相关产品已获得欧盟许可，如Chondro-Gide（Geistlich Biomaterials公司，瑞士）[11]、ChondroClelect（Tigenix Inc公司，比利时）[12]等。将患者自体细胞接种至胶原支架上，在生物反应器中培养一段时间后形成组织工程软骨，移植后可有效提高关节运动功能，减轻疼痛，相关产品如Neocart（Histogenics公司，美国）[13]正在临床试验阶段。我国自主研发的胶原支架基组织工程软骨产品也已成功上市，并取得良好临床反馈。浙江大学欧阳宏伟教授课题组用猪双层胶原支架和自体细胞复合构建组织工程软骨，取得了突破性进展，已进入产品申报审批阶段。关节动力安达（天津）生物科技有限公司用鼠Ⅰ型胶原支架和自体细胞构建的组织工程软骨产品CaReS、CaReS 1S已成功上市[14-15]，该产品支架为三维凝胶形态，用量和形状均可根据临床所需进行有效调整，其临床疗效已在欧盟得到普遍认可。北京奥精医药科技有限公司等单位以纳米晶胶原基为骨修复材料[16-18]，经临床应用20 000余例证实其修复效果接近同种异体骨，该产品已于2005年获得产品许可证，目前正进一步采用重组胶原矿化的纳米晶胶原基骨修复材料、短肽BMP-2小分子活性肽P24、规模化体外扩增自体BMSCs构建组织工程骨。
2.1.2 壳聚糖
作为自然界唯一负载正电荷的天然生物材料，壳聚糖除具有良好的生物支架性能和安全性外，还兼具良好的止血、促愈合、消炎、镇痛、抑菌等多种生物活性，是组织工程支架的首选材料之一。目前已上市的壳聚糖支架基组织工程产品主要集中于皮肤、外周神经和中枢神经修复等领域。
由第三军医大学伍津津教授率队研发的复方壳多糖组织工程皮肤已完成型式检验，在国内7家医院、研究所进行临床试验，该“人工皮肤”由复方壳多糖支架和动物源性材料以及人成纤维细胞、角质形成细胞构成，具有表皮、真皮双层结构，可防止创面感染、促进肉芽生成，适用于大面积烧伤、慢性难愈性溃疡或肿瘤切除后的皮肤缺损等[19]。组织工程（上海）国家工程研究中心将种子细胞与壳聚糖-明胶薄膜材料复合，体外构建含汗腺的组织工程皮肤，目前已处于技术和产品突破边缘。南通大学顾晓松教授和解放军总医院卢世璧院士领衔的项目组构建壳聚糖支架用于桥接外周神经缺损也取得重大突破[20]，其成果获得2012年国家科技进步二等奖，相关产品正在国内4家医院进行多中心临床试验。首都医科大学李晓光教授团队将神经营养因子负载于壳聚糖支架上，改善损伤局部微环境诱导神经轴突生长；动物研究证实，该支架可重建生理机能并改善部分行为障碍[21]。目前该支架已完成了型式检验并获准进入临床试验阶段。
2.1.3 海藻酸
海藻酸是最早应用于临床的天然生物材料之一，由于缺乏哺乳动物细胞特异识别位点而具有相对生物惰性，在伤口敷料、齿科印模以及药物缓释等领域已获得普遍认可。虽然以海藻酸作为组织工程支架的研究已涉及到多个领域，如骨科、心内科、普外科等，美国FDA也公布了“ASTM F2064 生物医学和组织工程医学产品用的作为原料的藻酸盐特性和测试标准指南”（我国等同转化为行业标准“YY/T 0606.8-2008 组织工程医疗产品第8部分：海藻酸），但海藻酸基组织工程产品的成果转化仍滞后。将海藻酸及其衍生物作为原位组织工程材料用于心衰的治疗，已成为心衰治疗新策略而已引起重视，但迄今这一技术尚处于完善和突破边缘，美国FDA和欧盟均无已上市产品。将海藻酸提纯精制后经特殊工艺交联制备力学性能适宜的水凝胶，注入心衰动物模型的左室心肌游离壁中，证实该原位组织工程材料具有良好的组织支撑性能和生物安全性能，可有效减小左室尺寸，降低室壁应力，增加室壁厚度和射血指数，从而改善左室的功能和形态，抑制左室的病理性重塑，从而阻止甚至逆转心衰的恶性累进，为解决这一传统疗法不可回避的难题提供了新途径及新思路[22]。目前，该项工作已有部分动物实验研究报道，但进入临床应用尚需大量的安全性和有效性验证[23]。
2.2 脱细胞基质
Song 等[24]提出利用脱细胞基质产品作为组织工程学的构建基础，具有合成材料无法比拟的优势和潜力。脱细胞基质支架具有天然的生物学结构和部分功能，是目前最为理想的细胞微环境，已成为最具潜力和可行性的产品开发和成果转化热点。
随着脱细胞技术的日臻成熟，已有多种同种异体或异种脱细胞基质支架得以成功转化应用于临床，包括脱细胞同种异体气管、脱细胞同种异体神经和脱细胞异种角膜。2008年6月，英国布利斯托医学院和西班牙巴塞罗那医学院联合从严重肺结核及左肺完全损坏的患者抽取BMSCs，采用同种异体脱细胞气管作为支架在体外培养和扩增4 d后植入体内，2个月后随访患者肺功能恢复正常，该个案报道已在《Lancet》杂志发表[25]。广州中大医疗器械公司采用脱细胞同种异体神经为支架，将雪旺细胞与BMSCs共培育诱导干细胞向雪旺细胞分化制备批量种子细胞，从而构建组织工程神经[26]，目前已获得CFDA批准进入临床应用。中山大学采用自体BMSCs与同种异体脱细胞神经材料复合，在体内构建组织工程周围神经，研究成果已在《Brain》杂志上发表并被封面录用[27]，该成果已完成产品型式检验。中山大学中山眼科中心王智崇团队制备了脱细胞角膜基质支架，动物板层移植实验显示移植40 d后角膜透明度和功能均恢复，该技术已申请国家发明专利且获得授权，并已进入临床试验阶段。
脱细胞器官的出现是组织工程技术发展的里程碑。2008年，Harald教授带领团队采用灌注法成功制备了完整猪脱细胞心脏，将心肌细胞和内皮细胞接种至该脱细胞心脏支架后置于生物反应器中灌注培养，8 d后在外界生理和电信号刺激下可产生心脏泵功能[28]。Uygun等[29]也利用脱细胞技术制备了大鼠脱细胞肝脏，接种成体肝细胞并经体外灌注培养后，可体外分泌白蛋白、合成尿素并表达细胞色素P450，将支架-细胞复合物植入大鼠体内后也可正常执行部分功能。此外，许多研究团队已利用脱细胞技术制备了多种其他脱细胞器官，并证实其有巨大潜力用于组织工程器官的再生构建，如脱细胞小肠[30]、脱细胞肺[31-32]、脱细胞膀胱[33]、脱细胞肾脏[34]等。
2.3 细胞外基质
细胞外基质是多细胞组织构建的基础，可为细胞提供有序的空间结构和锚定位点，并提供特定的机械力学和生物化学刺激信号，有序地控制和调节细胞的归巢、黏附、伸展、增殖、分化、迁移和凋亡等行为。值得强调的是，这种细胞与细胞外基质之间的相互作用是一个动态变化过程，目前绝大部分组织工程仿生支架尚未解决该难题。因此，以完整的细胞外基质作为组织工程支架具有得天独厚的优势，也是组织工程支架的新兴研究热点，具有规模化产业生产的潜力。日本Okano教授提出的细胞片层技术是迄今制备体外细胞单层的首选方案，已成功应用于多种细胞片层的培养和制备[35-38]。2004年，细胞片层技术用于4例患者的眼表重建，经1年多随访仍保持良好透光性而无其他并发症[35]；细胞片技术用于扩张性心肌病治疗也屡获突破[36-39]；此外，其还可用于多种组织的修复重建，如食道[40]、牙周组织[41]、胰岛[42]、骨[43]等。将多层细胞片层复合可进行三维组织构建[44-45]。基于上述成果，Okano教授带领团队在FIRST计划的支持下，已展开基于细胞片层技术的组织工厂和器官工厂的建设，为成果产业化、规模化奠定基础。
3 总结
组织工程支架材料是组织工程领域产业化最活跃、产品输出最集中的部分，其健康、持续、稳定发展和监控是医疗卫生普遍关注的重点问题，生物源组织工程支架材料产品的开发设计是该领域的研究热点之一。由于该领域是学科交叉最多、知识密集的高技术产业，其发展需要上、下游知识、技术和相关环境、标准规范的支撑。目前，生物源组织工程支架材料已有多项产品成功应用于临床，切实提高了生命质量，许多新兴技术或产品正不断涌现；其中，脱细胞支架和细胞外基质最有望成为该领域未来几年内研究和产品开发的新增长点。相应地，政府监管、产品审批、行业标准制定等方面也需要不断与时俱进，以满足行业发展的需要。
自2003年以来，各国组织工程领域的研究均未出现重大突破，产业化方面也无新的组织工程医疗产品通过美国食品药品监督管理局（FDA）认证，整个产业从狂热期转入低潮期。经过几年的冷静思考和科学调研，美国国家科技委员会于2007年6月制定了“Advancing Tissue Science and Engineering：A Multi-Agency Strategic Plan”[1]，基于对组织工程研究和产业化降温的主要瓶颈问题的把握和分析，提出了产业调整、优化、升级的系统策略和计划，不仅将“组织工程”从定义和概念上拓展为“组织科学与工程”，而且将其应用范围进行了科学外延，首次明确将工程化组织的非治疗领域应用纳入其中，例如生物传感器检测生物/化学危险物质、细胞工厂生产复杂精密蛋白、神经细胞网络及复合计算机器械的构建等。此外，该项计划中对组织科学与工程的总体目标、优先领域以及标准制定等方面也进行了优化调整，强调了生物材料的支架功能及细胞外基质/微环境研究的重要性，并突出了推动产品转化和商业化的紧迫性。
我国组织工程研究及产业化经过十几年的培育与布局已初具规模，而且随着国家科技部和基金委支持力度的增加，基础研究及应用研究平台的建设也相对完善。据统计，1999年－2010年我国科技部门对相关领域的经费支持已达5亿元人民币，培养并孵育了一大批科研单位和产品项目，其中组织工程皮肤、神经、骨、软骨和肌腱是研究和开发重点。生物源组织工程支架材料作为构建组织工程产品的主要因素之一，其发展、成熟和完善是推动该行业健康稳定发展的关键。现就生物源组织工程支架材料的研究进展作一综述。
1 组织工程支架材料发展巡礼
组织工程支架材料的基本功能是构建再生组织的形态并协调各类细胞的行为。随着组织工程研究的发展，支架材料的选择已由“就易取材”转变为“选择取材”，即根据特定应用所需性能选择相适应或相匹配的支架材料。早期组织工程使用的合成聚合物材料虽具有较好的生物相容性、生物降解性，以及适宜的强度、弹性、韧性和多孔性等机械性能[2-3]，但不能有效改善或协调各种细胞行为。生物源组织工程支架材料，如胶原、透明质酸、壳聚糖[4]等，是继合成聚合物材料之后的第2代支架材料，其细胞应答和组织相容性优于合成聚合物材料，但其结构和功能的仿生性仍需完善。目前，研发能在分子水平上刺激细胞产生特殊应答反应的第3代组织工程支架材料，已成为基础研究和产业界普遍关注的热点问题，这类材料将生物活性材料与可降解材料两个独立的概念有机结合起来，通过在可降解材料上进行活性组份修饰或直接选择在表面具有生物活性组份的材料得以实现。其中生物活性组份能与细胞表面受体结合，促进细胞黏附、增殖、分化以及细胞外基质的合成与组装，从而启动机体的再生应答系统，实现目标组织或器官的有序再生。脱细胞支架材料和细胞外基质材料是目前最符合上述要求的组织工程支架材料，且具有良好的产品转化可行性。
2 生物源组织工程支架材料现况
目前正处于研究阶段或产业化的生物源组织工程支架材料主要包括3类：① 生物衍生材料，如胶原、透明质酸、海藻酸、壳聚糖等；② 异种或同种异体脱细胞基质，如脱细胞骨、脱细胞气管等；③ 细胞外基质，如细胞片层。基于这3类支架材料的组织工程产品正逐渐成为产业增长热点，许多前沿研究正不断取得重大进展，多项相关产品处于重大突破边缘。
2.1 生物衍生材料
2.1.1 胶原
组织工程皮肤、骨、软骨是基于胶原支架构建的主要生物源组织工程产品，迄今已有多项成果如皮肤、骨等得以产品转化，其疗效已被普遍认可。还有许多胶原基组织工程产品已处于研发突破边缘或进入临床试验阶段。Radisic等[5]将心肌细胞接种至胶原支架，并外加电场刺激细胞生长和组装，8 d后获得有功能的小块心脏组织，这是首次成功获得具有类似心脏跳动节律的致密化组织工程心脏组织，开创了生长性心脏组织构建的蓝图。
① 胶原支架基组织工程皮肤：组织工程皮肤是最主要的胶原基组织工程产品之一，美国FDA已批准多项胶原基组织工程皮肤产品上市（表 1），经几十年的临床使用且不断提升，产品不断升级完善，市场接受度和容纳体量不断增加，从而形成巨大发展空间和潜力。以美国Organogenesis Inc/Novartis公司的Apligraf产品为例，2001年作为第2代产品的Apligraf销售总额已达1 000万美元，其2000年的销售额比第1代产品Dermagraft[6]增长了177%。在我国，国家食品药品监督管理总局（CFDA）于2007年批准上市的“安体肤”是首例自主研发的组织工程产品，由第四军医大学金岩教授及其团队研发并经陕西艾尔肤组织工程有限公司成功转化上市，该产品主要由牛胶原蛋白支架和人源性表皮细胞、真皮成纤维细胞构成，经一段时间培养后形成具有一定形态和功能的活性组织工程皮肤，可直接用于各类皮肤创伤，降低感染和免疫排斥、促进创面愈合、减少瘢痕形成[7-10]。
表1
美国FDA批准的代表性胶原基组织工程皮肤产品
Table1.
Representative collagen-based tissue engineered skin products approved by FDA
② 胶原支架基组织工程软骨及骨：作为软骨的主要组份，胶原是通过仿生手段构建组织工程软骨的理想支架之一。Ⅰ/Ⅲ型胶原补片用于软骨修复可有效减少术后并发症，相关产品已获得欧盟许可，如Chondro-Gide（Geistlich Biomaterials公司，瑞士）[11]、ChondroClelect（Tigenix Inc公司，比利时）[12]等。将患者自体细胞接种至胶原支架上，在生物反应器中培养一段时间后形成组织工程软骨，移植后可有效提高关节运动功能，减轻疼痛，相关产品如Neocart（Histogenics公司，美国）[13]正在临床试验阶段。我国自主研发的胶原支架基组织工程软骨产品也已成功上市，并取得良好临床反馈。浙江大学欧阳宏伟教授课题组用猪双层胶原支架和自体细胞复合构建组织工程软骨，取得了突破性进展，已进入产品申报审批阶段。关节动力安达（天津）生物科技有限公司用鼠Ⅰ型胶原支架和自体细胞构建的组织工程软骨产品CaReS、CaReS 1S已成功上市[14-15]，该产品支架为三维凝胶形态，用量和形状均可根据临床所需进行有效调整，其临床疗效已在欧盟得到普遍认可。北京奥精医药科技有限公司等单位以纳米晶胶原基为骨修复材料[16-18]，经临床应用20 000余例证实其修复效果接近同种异体骨，该产品已于2005年获得产品许可证，目前正进一步采用重组胶原矿化的纳米晶胶原基骨修复材料、短肽BMP-2小分子活性肽P24、规模化体外扩增自体BMSCs构建组织工程骨。
2.1.2 壳聚糖
作为自然界唯一负载正电荷的天然生物材料，壳聚糖除具有良好的生物支架性能和安全性外，还兼具良好的止血、促愈合、消炎、镇痛、抑菌等多种生物活性，是组织工程支架的首选材料之一。目前已上市的壳聚糖支架基组织工程产品主要集中于皮肤、外周神经和中枢神经修复等领域。
由第三军医大学伍津津教授率队研发的复方壳多糖组织工程皮肤已完成型式检验，在国内7家医院、研究所进行临床试验，该“人工皮肤”由复方壳多糖支架和动物源性材料以及人成纤维细胞、角质形成细胞构成，具有表皮、真皮双层结构，可防止创面感染、促进肉芽生成，适用于大面积烧伤、慢性难愈性溃疡或肿瘤切除后的皮肤缺损等[19]。组织工程（上海）国家工程研究中心将种子细胞与壳聚糖-明胶薄膜材料复合，体外构建含汗腺的组织工程皮肤，目前已处于技术和产品突破边缘。南通大学顾晓松教授和解放军总医院卢世璧院士领衔的项目组构建壳聚糖支架用于桥接外周神经缺损也取得重大突破[20]，其成果获得2012年国家科技进步二等奖，相关产品正在国内4家医院进行多中心临床试验。首都医科大学李晓光教授团队将神经营养因子负载于壳聚糖支架上，改善损伤局部微环境诱导神经轴突生长；动物研究证实，该支架可重建生理机能并改善部分行为障碍[21]。目前该支架已完成了型式检验并获准进入临床试验阶段。
2.1.3 海藻酸
海藻酸是最早应用于临床的天然生物材料之一，由于缺乏哺乳动物细胞特异识别位点而具有相对生物惰性，在伤口敷料、齿科印模以及药物缓释等领域已获得普遍认可。虽然以海藻酸作为组织工程支架的研究已涉及到多个领域，如骨科、心内科、普外科等，美国FDA也公布了“ASTM F2064 生物医学和组织工程医学产品用的作为原料的藻酸盐特性和测试标准指南”（我国等同转化为行业标准“YY/T 0606.8-2008 组织工程医疗产品第8部分：海藻酸），但海藻酸基组织工程产品的成果转化仍滞后。将海藻酸及其衍生物作为原位组织工程材料用于心衰的治疗，已成为心衰治疗新策略而已引起重视，但迄今这一技术尚处于完善和突破边缘，美国FDA和欧盟均无已上市产品。将海藻酸提纯精制后经特殊工艺交联制备力学性能适宜的水凝胶，注入心衰动物模型的左室心肌游离壁中，证实该原位组织工程材料具有良好的组织支撑性能和生物安全性能，可有效减小左室尺寸，降低室壁应力，增加室壁厚度和射血指数，从而改善左室的功能和形态，抑制左室的病理性重塑，从而阻止甚至逆转心衰的恶性累进，为解决这一传统疗法不可回避的难题提供了新途径及新思路[22]。目前，该项工作已有部分动物实验研究报道，但进入临床应用尚需大量的安全性和有效性验证[23]。
2.2 脱细胞基质
Song 等[24]提出利用脱细胞基质产品作为组织工程学的构建基础，具有合成材料无法比拟的优势和潜力。脱细胞基质支架具有天然的生物学结构和部分功能，是目前最为理想的细胞微环境，已成为最具潜力和可行性的产品开发和成果转化热点。
随着脱细胞技术的日臻成熟，已有多种同种异体或异种脱细胞基质支架得以成功转化应用于临床，包括脱细胞同种异体气管、脱细胞同种异体神经和脱细胞异种角膜。2008年6月，英国布利斯托医学院和西班牙巴塞罗那医学院联合从严重肺结核及左肺完全损坏的患者抽取BMSCs，采用同种异体脱细胞气管作为支架在体外培养和扩增4 d后植入体内，2个月后随访患者肺功能恢复正常，该个案报道已在《Lancet》杂志发表[25]。广州中大医疗器械公司采用脱细胞同种异体神经为支架，将雪旺细胞与BMSCs共培育诱导干细胞向雪旺细胞分化制备批量种子细胞，从而构建组织工程神经[26]，目前已获得CFDA批准进入临床应用。中山大学采用自体BMSCs与同种异体脱细胞神经材料复合，在体内构建组织工程周围神经，研究成果已在《Brain》杂志上发表并被封面录用[27]，该成果已完成产品型式检验。中山大学中山眼科中心王智崇团队制备了脱细胞角膜基质支架，动物板层移植实验显示移植40 d后角膜透明度和功能均恢复，该技术已申请国家发明专利且获得授权，并已进入临床试验阶段。
脱细胞器官的出现是组织工程技术发展的里程碑。2008年，Harald教授带领团队采用灌注法成功制备了完整猪脱细胞心脏，将心肌细胞和内皮细胞接种至该脱细胞心脏支架后置于生物反应器中灌注培养，8 d后在外界生理和电信号刺激下可产生心脏泵功能[28]。Uygun等[29]也利用脱细胞技术制备了大鼠脱细胞肝脏，接种成体肝细胞并经体外灌注培养后，可体外分泌白蛋白、合成尿素并表达细胞色素P450，将支架-细胞复合物植入大鼠体内后也可正常执行部分功能。此外，许多研究团队已利用脱细胞技术制备了多种其他脱细胞器官，并证实其有巨大潜力用于组织工程器官的再生构建，如脱细胞小肠[30]、脱细胞肺[31-32]、脱细胞膀胱[33]、脱细胞肾脏[34]等。
2.3 细胞外基质
细胞外基质是多细胞组织构建的基础，可为细胞提供有序的空间结构和锚定位点，并提供特定的机械力学和生物化学刺激信号，有序地控制和调节细胞的归巢、黏附、伸展、增殖、分化、迁移和凋亡等行为。值得强调的是，这种细胞与细胞外基质之间的相互作用是一个动态变化过程，目前绝大部分组织工程仿生支架尚未解决该难题。因此，以完整的细胞外基质作为组织工程支架具有得天独厚的优势，也是组织工程支架的新兴研究热点，具有规模化产业生产的潜力。日本Okano教授提出的细胞片层技术是迄今制备体外细胞单层的首选方案，已成功应用于多种细胞片层的培养和制备[35-38]。2004年，细胞片层技术用于4例患者的眼表重建，经1年多随访仍保持良好透光性而无其他并发症[35]；细胞片技术用于扩张性心肌病治疗也屡获突破[36-39]；此外，其还可用于多种组织的修复重建，如食道[40]、牙周组织[41]、胰岛[42]、骨[43]等。将多层细胞片层复合可进行三维组织构建[44-45]。基于上述成果，Okano教授带领团队在FIRST计划的支持下，已展开基于细胞片层技术的组织工厂和器官工厂的建设，为成果产业化、规模化奠定基础。
3 总结
组织工程支架材料是组织工程领域产业化最活跃、产品输出最集中的部分，其健康、持续、稳定发展和监控是医疗卫生普遍关注的重点问题，生物源组织工程支架材料产品的开发设计是该领域的研究热点之一。由于该领域是学科交叉最多、知识密集的高技术产业，其发展需要上、下游知识、技术和相关环境、标准规范的支撑。目前，生物源组织工程支架材料已有多项产品成功应用于临床，切实提高了生命质量，许多新兴技术或产品正不断涌现；其中，脱细胞支架和细胞外基质最有望成为该领域未来几年内研究和产品开发的新增长点。相应地，政府监管、产品审批、行业标准制定等方面也需要不断与时俱进，以满足行业发展的需要。
