組織工程原理

引用

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

章節概要

這是一部多作者參考著作，共88章，分為23個部分，由Robert Lanza、Robert Langer、Joseph P. Vacanti和Anthony Atala主編。出版社把全書結構概括為三個層次：組織生長與發育的基礎，設計組織和器官的方法與工具，以及按器官系統歸納的現有知識。第五版增加了新興技術部分，擴充了幹細胞內容，並新增了食品方面的組織工程章節。下面按部分歸併章節標題。

導論（第1–4章）

四個概覽性章節：From Mathematical Models to Clinical Reality；Stem Cells as Building Blocks；Moving into the Clinic；Tissue Engineering: Current Status and Future Perspectives。它們在技術部分展開之前先勾勒出該領域的輪廓。

第1–3部分：生長與分化；體外控制；體內合成（第5–16章）

第一部分「The Basis of Growth and Differentiation」從細胞分子生物學、細胞的分子組織出發，經過細胞與基質的相互作用、基質分子及其配體、形態發生，直到基因表達與細胞命運決定。第二部分「In Vitro Control of Tissue Development」涉及構建功能性組織的培養引數、生物反應器設計原理、細胞外蛋白對細胞行為的調控、分支形態發生以及力學生物學。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」涉及宿主免疫反應、胎兒期的組織工程與移植，以及免疫隔離裝置。

第6–7部分：幹細胞；基因治療（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與Gene Delivery into Cells and Tissues放在一起。

第8–19部分：按器官系統的應用（第31–73章）

這是全書最長的一塊。各部分依次為：乳腺；心血管系統（祖細胞與心臟再生、心臟組織工程、血管、心臟瓣膜）；內分泌與代謝（胰島、生物人工胰臟、胸腺與甲狀旁腺）；胃腸系統（包括肝幹細胞與肝組織工程）；造血系統；腎臟與泌尿生殖系統；肌肉骨骼系統（骨、椎間盤、關節軟骨、肌腱與韌帶）；神經系統；眼科；口腔/牙科應用；呼吸系統；皮膚（皮膚上皮幹細胞、創面修復、生物工程皮膚構建體）。

第20–21部分：組織工程食品；新興技術（第74–80章）

第二十部分包括Principles of Tissue Engineering for Food和Prospects for In Vitro Cultured Meat。第二十一部分涵蓋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：臨床經驗；監管、商業化與倫理（第81–88章）

第二十二部分介紹組織工程皮膚、軟骨、骨、心血管產品和器官的臨床經驗。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

導論與第1–3部分

• 幹細胞作為構建單元：工程化組織的細胞來源，在開篇章節引入，並在第六部分展開。
• 細胞外基質與細胞行為：關於細胞與基質相互作用、基質分子和細胞外蛋白訊號的章節。
• 生物反應器設計：在體外培養工程化組織的原理。
• 力學生物學：力學作用在組織發育和器官工程中的角色。

第4–7部分

• 支架：聚合物支架製備、可降解聚合物和三維支架。
• 宿主免疫反應：移植工程化組織面臨的免疫障礙，免疫隔離裝置是應對辦法之一。
• 誘導多能幹細胞：在幹細胞部分單獨成章的細胞來源。
• 基因遞送：把基因匯入細胞和組織，在第七部分討論。

第8–23部分

• 針對器官的策略：同一套工具逐個組織地應用，從軟骨和骨到角膜和肺。
• 生物列印與晶片上的人體：集中在新興技術部分的技術。
• 監管與商業化：從概念到市場的路徑，以及商業和倫理問題。

評析

優點

• 廣度集於一處。 88章涵蓋細胞生物學、材料、生物反應器、移植免疫、幹細胞、基因治療和十來個器官系統部分，最後還有臨床經驗和監管。
• 便於選擇性閱讀。 部分式結構讓讀者可以直接進入感興趣的器官系統或工具；出版社稱全書在生物學、化學、材料科學和工程學之間保持平衡。
• 包含通向臨床的路徑。 關於臨床經驗的第二十二部分以及關於監管、商業化與倫理的第二十三部分，在領域參考書中並不多見，對需要了解轉化過程的讀者很有用。
• 第五版有更新。 新版增加了誘導多能幹細胞、幹細胞龕、幹細胞來源的血液成分、食品應用，以及包含生物列印和晶片上的人體在內的新興技術部分。

侷限

• 是參考書，不是課程教材。 作者眾多、共88章，全書為查閱而編。出版社給出的讀者物件是從事幹細胞工程和基因編輯的科學家以及各專科的臨床醫生，因此剛入門的學生需要有人告訴他們哪些部分可以跳過。
• 深度不均是設計使然。 各器官部分的章數從一章到七章不等，某一組織的覆蓋程度取決於其所在部分分配到的章數。
• 篇幅。 規模使它難以通讀，一學期的課程只能用到其中一小部分。

在課程中的定位

在組織工程書單中，這是位於頂端的大型參考書。Birla的 Introduction to Tissue Engineering 和van Blitterswijk的 Tissue Engineering 是教材：前者是單一作者的入門書，把該領域當作工程設計問題；後者是多人編寫的課程教材，從基礎講到具體組織和轉化。Slack的 Stem Cells: A Very Short Introduction 是寫給非專業讀者的簡短概覽。這幾本都比Lanza更適合作為起點。

Yannas的 Tissue and Organ Regeneration in Adults 是關於皮膚和神經誘導再生的專題專著。當教材只是簡單提到某個主題，需要查閱，或想了解整個領域涉及什麼時，可以看Lanza；若既要廣度又要一個深入的論證，可將它與Yannas搭配。

如何使用本書

把它當作教材的配套參考書，而不是從頭讀到尾的書。具有細胞生物學或生物醫學工程背景的讀者，可以先讀導論各章瞭解領域範圍，再進入與課題或課程主題對應的部分。

• 通用課程的核心： 導論、關於體外控制的第二部分、關於生物材料的第四部分、幹細胞部分，以及最後的臨床、監管與倫理部分。
• 按興趣： 按需從第8至19部分中選取器官系統部分；生物列印和晶片器官方法可讀新興技術部分。
• 實用建議： 教材介紹某個組織或方法時，到這裡找對應章節，獲得專家層面的論述。