生物工程人工生命的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)

趙恒章

（周口師范學(xué)院生命科學(xué)與農(nóng)學(xué)學(xué)院,河南 周口 466000）

生物工程人工生命的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)

趙恒章

（周口師范學(xué)院生命科學(xué)與農(nóng)學(xué)學(xué)院,河南 周口 466000）

本文以生物工程人工生命的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)為題展開(kāi)了相關(guān)的分析與探討，重點(diǎn)就材料技術(shù)型生物醫(yī)學(xué)工程、組織工程以及生物工程人工生命這三者間的相關(guān)性展開(kāi)了深入的研究，結(jié)合本次研究最終對(duì)材料技術(shù)型生物醫(yī)學(xué)工程、組織工程、人工工程以及具備改善人體組織器官功能的人工組織進(jìn)行了詳細(xì)的論述。

生物工程；人工生命；組織工程；人工組織；人工器官

0 引言

從廣義層面上來(lái)說(shuō)人工生命即為具備有人的生命指征、功能、結(jié)構(gòu)以及外在形象的人工制造系統(tǒng)，是人對(duì)于自然生命的一種模擬與拓展。廣義上的人工生命是多門學(xué)科合并之后的產(chǎn)物。一般認(rèn)為人工生命學(xué)科是由生物科學(xué)技術(shù)與工程科學(xué)技術(shù)所結(jié)合而產(chǎn)生出的一門學(xué)科。下文將主要就針對(duì)材料技術(shù)型生物醫(yī)學(xué)工程與組織工程、人工生命間的相關(guān)性，以及材料技術(shù)型生物醫(yī)學(xué)工程、組織工程、人工組織及器官展開(kāi)具體的論述。

1 材料技術(shù)型生物醫(yī)學(xué)工程

此種工程學(xué)科的主要研究目標(biāo)即為各類生物材料及人工器官組織，其中就涵括了組織工程學(xué)科。在此方面研究工作中涵括有材料科學(xué)、生物科技、化學(xué)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、醫(yī)學(xué)以及生命科學(xué)等多門學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)。

生物材料也就是對(duì)于生物體進(jìn)行臨床診治以及將其受損組織器官替換下來(lái)，亦或是增強(qiáng)人體某一部分功能的材料，因此就必須要求其能夠植入到人體當(dāng)中并不出現(xiàn)排異反應(yīng)，確保活體細(xì)胞可以在此材料之上自然生長(zhǎng)。生物材料亦可被視作構(gòu)成人工組織與器官的核心材料。生物醫(yī)學(xué)材料在未來(lái)一段時(shí)期的主流發(fā)展趨勢(shì)，即為給予組織工程的發(fā)展提供優(yōu)勢(shì)特性顯著的活性生物材料，應(yīng)確保其具備良好的生物相容特點(diǎn)；親水特性；潤(rùn)滑性；預(yù)防組織粘附特性；抗炎特性；抗凝特性等。以保障活體細(xì)胞能夠在所制成的人工材料上生長(zhǎng)并對(duì)病變組織起到良好的改善、恢復(fù)效果，使之免疫識(shí)別與生物催化性能得以有效提高。

依據(jù)生物醫(yī)學(xué)材料的屬性可將之主要?jiǎng)澐譃橐韵聨追N：

（1）無(wú)機(jī)非金屬生物材料。①同人體組織力學(xué)間具備良好的相容性，同時(shí)還可改善組織生長(zhǎng)的材料。②具備人體有機(jī)以及無(wú)機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)合型材料。

（2）金屬生物材料。①毒性較低，彈性模量更加符合入骨特點(diǎn)的合金材料。②各種植入人體當(dāng)中的器械材料，如較為常見(jiàn)的人工關(guān)節(jié)、種植牙、心臟支架等。③接入性診治所采用的醫(yī)療器械設(shè)備如官腔支撐架、引導(dǎo)絲等。

（3）生物醫(yī)用高分子材料。①可將血液之中的毒副物質(zhì)吸出的材料。②能夠在臨床上應(yīng)用于免疫性病癥治療的材料。

2 組織工程與人工組織

目前臨床上所面臨的主要醫(yī)學(xué)問(wèn)題當(dāng)中主要就包括了組織與器官的衰竭、損傷，而臨床上在應(yīng)對(duì)此類問(wèn)題時(shí)所較常采用的措施方法主要包括以下三方面：

（1）自體移植。由人體自身的部分組織來(lái)對(duì)損傷位置進(jìn)行修復(fù)，例如，對(duì)面部皮膚大面積燒傷患者進(jìn)行面部手術(shù)修復(fù)時(shí)通常會(huì)取其自身大腿位置的皮膚來(lái)進(jìn)行修復(fù)損傷組織。

（2）異體移植。例如，某患者在遭遇意外事故時(shí)，家屬自愿將其身體部分組織如眼角膜、腎臟等組織捐獻(xiàn)給有需要的人。然而此種情況時(shí)常會(huì)出現(xiàn)異體組織的兼容性問(wèn)題，同時(shí)需要被捐助的人員與每年的捐獻(xiàn)人數(shù)相比差距過(guò)大，供體不足情況十分顯著。

（3）人工器官。這種方式能夠徹底解決供體不足的情況，但是其目前所存在的問(wèn)題也是十分顯著的即異體反應(yīng)與感染情況十分明顯，絕大多數(shù)的患者在接受器官移植后都是應(yīng)各類感染致死。

對(duì)此人們也就設(shè)想若是能夠采用母體細(xì)胞以及生物降解材料在人體當(dāng)中構(gòu)建起新的組織器官，也就是進(jìn)行結(jié)構(gòu)組織，代謝組織以及細(xì)胞系統(tǒng)的重新建構(gòu)。目前這一設(shè)想已經(jīng)不再是僅存在于人們腦海之中的假想，而已經(jīng)走進(jìn)了現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中，可以預(yù)見(jiàn)組織工程的發(fā)展必將會(huì)促成這一設(shè)想的實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)前，組織工程研究的主要內(nèi)容即為：適宜的母體細(xì)胞來(lái)源；能夠?yàn)榧?xì)胞粘附生長(zhǎng)提供空間的細(xì)胞外基質(zhì)；可應(yīng)用在促進(jìn)細(xì)胞組織再生長(zhǎng)的因子；以及組織間的相容性。

開(kāi)展組織工程通常會(huì)應(yīng)用以下三種策略：（1）細(xì)胞以及生物材料的雜化體系，例如由小塊活體組織將特異細(xì)胞分離出來(lái)，通過(guò)體外擴(kuò)散增大之后種植于生物相容性較好同時(shí)能夠生物降解的聚合物所建立起的多孔支架當(dāng)中，在體外培養(yǎng)一段時(shí)間后可將細(xì)胞和支架結(jié)構(gòu)置入于患者體內(nèi)；伴隨著組織缺損部位的重新構(gòu)建，聚合物將會(huì)逐漸降解并消失。（2）僅具備生物降解材料體系，借助于生物生長(zhǎng)方式促使細(xì)胞成長(zhǎng)為多孔支架結(jié)構(gòu)，在通過(guò)增殖、分化來(lái)產(chǎn)生為相應(yīng)的組織結(jié)構(gòu)，并且與周邊組織相整合。例如采用珊瑚骨加支撐的羥基磷灰石陶瓷，其孔隙架構(gòu)與人體骨架構(gòu)極為接近，可被應(yīng)用在骨組織工程支架中。（3）細(xì)胞體系，經(jīng)過(guò)移植的細(xì)胞經(jīng)由生物過(guò)程演變?yōu)槲⒔Y(jié)構(gòu)。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，從廣義性的角度上來(lái)說(shuō)人工生命必須要基于工程科學(xué)技術(shù)、生物科學(xué)技術(shù)以及生物工程科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上。因而大量的工程、生物以及生物工程均是廣義上的人工生命科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)。材料技術(shù)型生物醫(yī)學(xué)是工程的研究對(duì)象主要是生物材料與人體的各個(gè)身體器官。組織工程則是借助于生命科學(xué)以及工程科學(xué)的基礎(chǔ)理論與方法，來(lái)探究并開(kāi)發(fā)出具備修復(fù)以及改善人體組織器官功能的新型臨床應(yīng)用取代物，也就是人工組織，因而材料技術(shù)性生物醫(yī)學(xué)工程以及組織工程也便是生物工程人工生命的基礎(chǔ)。

[1]楊國(guó)為,陳國(guó)江,涂序彥等.廣義人工生命的科學(xué)基礎(chǔ)(Ⅱ) --生物工程基礎(chǔ)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2013(09).

[2]杜嚴(yán)勇,胡春風(fēng).人工生命技術(shù)引發(fā)的哲學(xué)思考——全國(guó)人工生命技術(shù)的哲學(xué)思考研討會(huì)綜述[J].哲學(xué)分析,2013(03).

[3]葉邦策,王建軍.合成生物學(xué)與人工生命體[J].科學(xué)(上海),2015(06).

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.095