组织工程原理

引用

Lanza, R., Langer, R., Vacanti, J. P., & Atala, A. (Eds.). (2020). Principles of Tissue Engineering (5th ed.). Academic Press.

章节概要

这是一部多作者参考著作，共88章，分为23个部分，由Robert Lanza、Robert Langer、Joseph P. Vacanti和Anthony Atala主编。出版社把全书结构概括为三个层次：组织生长与发育的基础，设计组织和器官的方法与工具，以及按器官系统归纳的现有知识。第五版增加了新兴技术部分，扩充了干细胞内容，并新增了食品方面的组织工程章节。下面按部分归并章节标题。

导论（第1–4章）

四个概览性章节：From Mathematical Models to Clinical Reality；Stem Cells as Building Blocks；Moving into the Clinic；Tissue Engineering: Current Status and Future Perspectives。它们在技术部分展开之前先勾勒出该领域的轮廓。

第1–3部分：生长与分化；体外控制；体内合成（第5–16章）

第一部分“The Basis of Growth and Differentiation”从细胞分子生物学、细胞的分子组织出发，经过细胞与基质的相互作用、基质分子及其配体、形态发生，直到基因表达与细胞命运决定。第二部分“In Vitro Control of Tissue Development”涉及构建功能性组织的培养参数、生物反应器设计原理、细胞外蛋白对细胞行为的调控、分支形态发生以及力学生物学。第三部分只有一章，即In Vivo Synthesis of Tissues and Organs。

第4–5部分：生物材料；移植（第17–23章）

第四部分“Biomaterials in Tissue Engineering”有Cell Interactions with Polymers、Polymer Scaffold Fabrication、Biodegradable Polymers和3D Scaffolds等章。第五部分“Transplantation of Engineered Cells and Tissues”涉及宿主免疫反应、胎儿期的组织工程与移植，以及免疫隔离装置。

第6–7部分：干细胞；基因治疗（第24–30章）

第六部分有五章：Embryonic Stem Cells、Induced Pluripotent Stem Cells、Neonatal Stem Cells in Tissue Engineering、Embryonic Stem Cells as a Cell Source for Tissue Engineering和Postnatal Stem Cells in Tissue Engineering。第七部分把Gene Therapy与Gene Delivery into Cells and Tissues放在一起。

第8–19部分：按器官系统的应用（第31–73章）

这是全书最长的一块。各部分依次为：乳腺；心血管系统（祖细胞与心脏再生、心脏组织工程、血管、心脏瓣膜）；内分泌与代谢（胰岛、生物人工胰腺、胸腺与甲状旁腺）；胃肠系统（包括肝干细胞与肝组织工程）；造血系统；肾脏与泌尿生殖系统；肌肉骨骼系统（骨、椎间盘、关节软骨、肌腱与韧带）；神经系统；眼科；口腔/牙科应用；呼吸系统；皮肤（皮肤上皮干细胞、创面修复、生物工程皮肤构建体）。

第20–21部分：组织工程食品；新兴技术（第74–80章）

第二十部分包括Principles of Tissue Engineering for Food和Prospects for In Vitro Cultured Meat。第二十一部分涵盖3D Bioprinting、Biofabricated 3D Tissue Models、Body-on-a-Chip、Monitoring and Real-Time Control of Tissue Engineered Systems和Bio-Manufacturing for Regenerative Medicine。

第22–23部分：临床经验；监管、商业化与伦理（第81–88章）

第二十二部分介绍组织工程皮肤、软骨、骨、心血管产品和器官的临床经验。第二十三部分以The Regulatory Process from Concept to Market、Business Issues和Ethical Issues收尾。

核心概念

导论与第1–3部分

• 干细胞作为构建单元：工程化组织的细胞来源，在开篇章节引入，并在第六部分展开。
• 细胞外基质与细胞行为：关于细胞与基质相互作用、基质分子和细胞外蛋白信号的章节。
• 生物反应器设计：在体外培养工程化组织的原理。
• 力学生物学：力学作用在组织发育和器官工程中的角色。

第4–7部分

• 支架：聚合物支架制备、可降解聚合物和三维支架。
• 宿主免疫反应：移植工程化组织面临的免疫障碍，免疫隔离装置是应对办法之一。
• 诱导多能干细胞：在干细胞部分单独成章的细胞来源。
• 基因递送：把基因导入细胞和组织，在第七部分讨论。

第8–23部分

• 针对器官的策略：同一套工具逐个组织地应用，从软骨和骨到角膜和肺。
• 生物打印与芯片上的人体：集中在新兴技术部分的技术。
• 监管与商业化：从概念到市场的路径，以及商业和伦理问题。

评析

优点

• 广度集于一处。 88章涵盖细胞生物学、材料、生物反应器、移植免疫、干细胞、基因治疗和十来个器官系统部分，最后还有临床经验和监管。
• 便于选择性阅读。 部分式结构让读者可以直接进入感兴趣的器官系统或工具；出版社称全书在生物学、化学、材料科学和工程学之间保持平衡。
• 包含通向临床的路径。 关于临床经验的第二十二部分以及关于监管、商业化与伦理的第二十三部分，在领域参考书中并不多见，对需要了解转化过程的读者很有用。
• 第五版有更新。 新版增加了诱导多能干细胞、干细胞龛、干细胞来源的血液成分、食品应用，以及包含生物打印和芯片上的人体在内的新兴技术部分。

局限

• 是参考书，不是课程教材。 作者众多、共88章，全书为查阅而编。出版社给出的读者对象是从事干细胞工程和基因编辑的科学家以及各专科的临床医生，因此刚入门的学生需要有人告诉他们哪些部分可以跳过。
• 深度不均是设计使然。 各器官部分的章数从一章到七章不等，某一组织的覆盖程度取决于其所在部分分配到的章数。
• 篇幅。 规模使它难以通读，一学期的课程只能用到其中一小部分。

在课程中的定位

在组织工程书单中，这是位于顶端的大型参考书。Birla的 Introduction to Tissue Engineering 和van Blitterswijk的 Tissue Engineering 是教材：前者是单一作者的入门书，把该领域当作工程设计问题；后者是多人编写的课程教材，从基础讲到具体组织和转化。Slack的 Stem Cells: A Very Short Introduction 是写给非专业读者的简短概览。这几本都比Lanza更适合作为起点。

Yannas的 Tissue and Organ Regeneration in Adults 是关于皮肤和神经诱导再生的专题专著。当教材只是简单提到某个主题，需要查阅，或想了解整个领域涉及什么时，可以看Lanza；若既要广度又要一个深入的论证，可将它与Yannas搭配。

如何使用本书

把它当作教材的配套参考书，而不是从头读到尾的书。具有细胞生物学或生物医学工程背景的读者，可以先读导论各章了解领域范围，再进入与课题或课程主题对应的部分。

• 通用课程的核心： 导论、关于体外控制的第二部分、关于生物材料的第四部分、干细胞部分，以及最后的临床、监管与伦理部分。
• 按兴趣： 按需从第8至19部分中选取器官系统部分；生物打印和芯片器官方法可读新兴技术部分。
• 实用建议： 教材介绍某个组织或方法时，到这里找对应章节，获得专家层面的论述。