智能生物材料：各種缺損組織都有可能再生

新浪科技訊 7月18日消息，創傷、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位居世界各國之首。生物學領域的科學家一直致力於攻克修復創傷、組織再生甚至器官再生的難題。

最近幾年，由中科院遺傳發育所領銜的中國科學院與再生醫學戰略性先導科技專項的“人工組織器官構建”項目，在再生修復領域取得了一系列技術突破。幹細胞與再生醫學先導專項是中科院“A類先導”中最先啟動的項目之一，戴建武研究員帶領團隊，利用生長因子控釋技術改造生物支架材料，研製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幹細胞等)，能主動對機體的再生過程生影響。

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，創口處的組織中和血液中存在組織再生所需的幹細胞，科學家們需要提供一個有利於細胞黏附、增殖、分化的環境，也就是支架材料。

由於支架材料要植入機體內，材料基質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——膠原蛋白，研發出一批支架材料品，可引導多種組織再生包括神經、肌腱等的有序再生。一小塊膠原薄膜縫合到切除舌癌的創口處，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，例如神經外周神經損傷后，神經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再生，在創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再生的作用。

生長因子緩釋技術 高效主動定向誘導組織再生

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，支架材料只是搭了台，但要想請得動細胞唱再生修復這出“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節細胞生長、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合，調節細胞生長及其他細胞功能。生長因子用於臨床最大的問題，就是會在創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)。

遺傳發育所再生醫學團隊通過改造生長因子的分子結構，製備了融合膠原結合區(CBD)的生長因子，利用一節短將其“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，在體內損傷修復環境中，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。

基於這種生長因子緩釋技術，項目組已經研製出了多種智能生物材料，在骨組織、外周神經組織、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、腫瘤手術等有時會造成神經損傷，比如人們常的“口歪眼斜”就是面部神經損傷的典型表征。我國每年新增這類患者約40-60萬例。微小的損傷，外周神經本身即可修復；而對於較長距離的損傷，其再生能力就有限了。項目組研製的有序膠原纖維和膠原導管，能夠較好地恢復遠距離(3.5cm以上)面神經的功能。

幹細胞移植 參與肺灌洗治療塵肺

除了支架材料和生長因子，幹細胞是再生醫學的另外一個核心要素。幹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幹細胞修復方法。比如靜脈注射，將幹細胞隨血液輸送到病灶處進行修復。遺傳發育所的再生醫學科研團隊正在探索利用幹細胞治療塵肺病的新療法。

塵肺是以肺組織纖維性病變為主的疾病，長期吸入粉塵所致；中國患塵肺病人數居世界之首，已患病人數100余萬例，並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面，如若將幹細胞與肺灌洗結合，可以讓幹細胞直接入肺參與組織重建。初步實驗證明，此法確實對於肺缺氧、炎症等具有很大的改善作用。而且，相對於幹細胞靜脈輸入，幹細胞灌洗是一個外循環過程，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幹細胞認證方面的工作， 中科院動物研究所的北京幹細胞庫(周琪研究員課題組)承擔了幹細胞標準化研究的任務。間充質幹細胞是一類存在於多種組織(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幹細胞，具有來源廣泛、免疫原性低等特點。這為幹細胞的臨床研究提供了堅實的基礎。不過，目前我國對於幹細胞研究尚持比較謹慎的態度，尤其對臨床使用管理十分嚴格。對於幹細胞再生修復的爭議，戴建武研究員認為主要還是對安全性的擔憂：幹細胞是非常具有前景的生物醫療手段，但由於其全能性，進入人體后是否會出現計劃外的分化，尤其是是否會發生癌變，現階段還沒有足夠的實驗支撐，必須嚴謹地對待。

智能生物材料未來的品轉化，趨勢是由簡單到複雜；從最開始使用單一支架，或一種幹細胞，一種生長因子引導再生到兩兩結合，最終三者相結合，即有可能完成體外誘導培養成完備的組織器官，如同汽車零件，達到再生修復的“私人定製”。

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中國科學院戰略性先導科技專項，定位於解決關係國家全局和長遠發展的重大科技問題，是集科技攻關、隊伍孕育和平台建設於一體，能形成重大創新突破和集群優勢的戰略行動計劃。分為兩類：A類先導專項聚焦國家需求、側重於突破關鍵核心科技問題，B類先導專項瞄準國際學科發展前沿、側重於基礎與交叉前沿方向佈局。(李宵)