生物工程人工生命的科學技術基礎

趙恒章

（周口師范學院生命科學與農學學院,河南 周口 466000）

生物工程人工生命的科學技術基礎

趙恒章

（周口師范學院生命科學與農學學院,河南 周口 466000）

本文以生物工程人工生命的科學技術基礎為題展開了相關的分析與探討，重點就材料技術型生物醫學工程、組織工程以及生物工程人工生命這三者間的相關性展開了深入的研究，結合本次研究最終對材料技術型生物醫學工程、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行了詳細的論述。

生物工程；人工生命；組織工程；人工組織；人工器官

0 引言

從廣義層面上來說人工生命即為具備有人的生命指征、功能、結構以及外在形象的人工制造系統，是人對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科合并之后的產物。一般認為人工生命學科是由生物科學技術與工程科學技術所結合而產生出的一門學科。下文將主要就針對材料技術型生物醫學工程與組織工程、人工生命間的相關性，以及材料技術型生物醫學工程、組織工程、人工組織及器官展開具體的論述。

1 材料技術型生物醫學工程

此種工程學科的主要研究目標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科。在此方面研究工作中涵括有材料科學、生物科技、化學、信息技術、計算機技術、醫學以及生命科學等多門學科的基礎知識。

生物材料也就是對于生物體進行臨床診治以及將其受損組織器官替換下來，亦或是增強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中并不出現排異反應，確保活體細胞可以在此材料之上自然生長。生物材料亦可被視作構成人工組織與器官的核心材料。生物醫學材料在未來一段時期的主流發展趨勢，即為給予組織工程的發展提供優勢特性顯著的活性生物材料，應確保其具備良好的生物相容特點；親水特性；潤滑性；預防組織粘附特性；抗炎特性；抗凝特性等。以保障活體細胞能夠在所制成的人工材料上生長并對病變組織起到良好的改善、恢復效果，使之免疫識別與生物催化性能得以有效提高。

依據生物醫學材料的屬性可將之主要劃分為以下幾種：

（1）無機非金屬生物材料。①同人體組織力學間具備良好的相容性，同時還可改善組織生長的材料。②具備人體有機以及無機結構的復合型材料。

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

（3）生物醫用高分子材料。①可將血液之中的毒副物質吸出的材料。②能夠在臨床上應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學問題當中主要就包括了組織與器官的衰竭、損傷，而臨床上在應對此類問題時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對損傷位置進行修復，例如，對面部皮膚大面積燒傷患者進行面部手術修復時通常會取其自身大腿位置的皮膚來進行修復損傷組織。

（2）異體移植。例如，某患者在遭遇意外事故時，家屬自愿將其身體部分組織如眼角膜、腎臟等組織捐獻給有需要的人。然而此種情況時常會出現異體組織的兼容性問題，同時需要被捐助的人員與每年的捐獻人數相比差距過大，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題也是十分顯著的即異體反應與感染情況十分明顯，絕大多數的患者在接受器官移植后都是應各類感染致死。

對此人們也就設想若是能夠采用母體細胞以及生物降解材料在人體當中構建起新的組織器官，也就是進行結構組織，代謝組織以及細胞系統的重新建構。目前這一設想已經不再是僅存在于人們腦海之中的假想，而已經走進了現實生活當中，可以預見組織工程的發展必將會促成這一設想的實現。

當前，組織工程研究的主要內容即為：適宜的母體細胞來源；能夠為細胞粘附生長提供空間的細胞外基質；可應用在促進細胞組織再生長的因子；以及組織間的相容性。

開展組織工程通常會應用以下三種策略：（1）細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胞分離出來，通過體外擴散增大之后種植于生物相容性較好同時能夠生物降解的聚合物所建立起的多孔支架當中，在體外培養一段時間后可將細胞和支架結構置入于患者體內；伴隨著組織缺損部位的重新構建，聚合物將會逐漸降解并消失。（2）僅具備生物降解材料體系，借助于生物生長方式促使細胞成長為多孔支架結構，在通過增殖、分化來產生為相應的組織結構，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，其孔隙架構與人體骨架構極為接近，可被應用在骨組織工程支架中。（3）細胞體系，經過移植的細胞經由生物過程演變為微結構。

3 結束語

總之，從廣義性的角度上來說人工生命必須要基于工程科學技術、生物科學技術以及生物工程科學技術的基礎上。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技術基礎。材料技術型生物醫學是工程的研究對象主要是生物材料與人體的各個身體器官。組織工程則是借助于生命科學以及工程科學的基礎理論與方法，來探究并開發出具備修復以及改善人體組織器官功能的新型臨床應用取代物，也就是人工組織，因而材料技術性生物醫學工程以及組織工程也便是生物工程人工生命的基礎。

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