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生物工程人工生命科学技术探析

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摘要:

本文以生物工程人工生命的科学技术基础为题展开了相关的分析与探讨,重点就材料技术型生物医学工程、组织工程以及生物工程人工生命这三者间的相关性展开了深入的研究,结合本次研究最终对材料技术型生物医学工程、组织工程、人工工程以及具备改善人体组织器官功能的人工组织进行了详细的论述。

关键词:

生物工程;人工生命;组织工程;人工组织;人工器官

0引言

从广义层面上来说人工生命即为具备有人的生命指征、功能、结构以及外在形象的人工制造系统,是人对于自然生命的一种模拟与拓展。广义上的人工生命是多门学科合并之后的产物。一般认为人工生命学科是由生物科学技术与工程科学技术所结合而产生出的一门学科。下文将主要就针对材料技术型生物医学工程与组织工程、人工生命间的相关性,以及材料技术型生物医学工程、组织工程、人工组织及器官展开具体的论述。

1材料技术型生物医学工程

此种工程学科的主要研究目标即为各类生物材料及人工器官组织,其中就涵括了组织工程学科。在此方面研究工作中涵括有材料科学、生物科技、化学、信息技术、计算机技术、医学以及生命科学等多门学科的基础知识。生物材料也就是对于生物体进行临床诊治以及将其受损组织器官替换下来,亦或是增强人体某一部分功能的材料,因此就必须要求其能够植入到人体当中并不出现排异反应,确保活体细胞可以在此材料之上自然生长。生物材料亦可被视作构成人工组织与器官的核心材料。生物医学材料在未来一段时期的主流发展趋势,即为给予组织工程的发展提供优势特性显著的活性生物材料,应确保其具备良好的生物相容特点;亲水特性;润滑性;预防组织粘附特性;抗炎特性;抗凝特性等。以保障活体细胞能够在所制成的人工材料上生长并对病变组织起到良好的改善、恢复效果,使之免疫识别与生物催化性能得以有效提高。依据生物医学材料的属性可将之主要划分为以下几种:

(1)无机非金属生物材料。①同人体组织力学间具备良好的相容性,同时还可改善组织生长的材料。②具备人体有机以及无机结构的复合型材料。

(2)金属生物材料。①毒性较低,弹性模量更加符合入骨特点的合金材料。②各种植入人体当中的器械材料,如较为常见的人工关节、种植牙、心脏支架等。③接入性诊治所采用的医疗器械设备如官腔支撑架、引导丝等。

(3)生物医用高分子材料。①可将血液之中的毒副物质吸出的材料。②能够在临床上应用于免疫性病症治疗的材料。

2组织工程与人工组织

目前临床上所面临的主要医学问题当中主要就包括了组织与器官的衰竭、损伤,而临床上在应对此类问题时所较常采用的措施方法主要包括以下三方面:

(1)自体移植。由人体自身的部分组织来对损伤位置进行修复,例如,对面部皮肤大面积烧伤患者进行面部手术修复时通常会取其自身大腿位置的皮肤来进行修复损伤组织。

(2)异体移植。例如,某患者在遭遇意外事故时,家属自愿将其身体部分组织如眼角膜、肾脏等组织捐献给有需要的人。然而此种情况时常会出现异体组织的兼容性问题,同时需要被捐助的人员与每年的捐献人数相比差距过大,供体不足情况十分显著。

(3)人工器官。这种方式能够彻底解决供体不足的情况,但是其目前所存在的问题也是十分显著的即异体反应与感染情况十分明显,绝大多数的患者在接受器官移植后都是应各类感染致死。对此人们也就设想若是能够采用母体细胞以及生物降解材料在人体当中构建起新的组织器官,也就是进行结构组织,代谢组织以及细胞系统的重新建构。目前这一设想已经不再是仅存在于人们脑海之中的假想,而已经走进了现实生活当中,可以预见组织工程的发展必将会促成这一设想的实现。当前,组织工程研究的主要内容即为:适宜的母体细胞来源;能够为细胞粘附生长提供空间的细胞外基质;可应用在促进细胞组织再生长的因子;以及组织间的相容性。开展组织工程通常会应用以下三种策略:

(1)细胞以及生物材料的杂化体系,例如由小块活体组织将特异细胞分离出来,通过体外扩散增大之后种植于生物相容性较好同时能够生物降解的聚合物所建立起的多孔支架当中,在体外培养一段时间后可将细胞和支架结构置入于患者体内;伴随着组织缺损部位的重新构建,聚合物将会逐渐降解并消失。

(2)仅具备生物降解材料体系,借助于生物生长方式促使细胞成长为多孔支架结构,在通过增殖、分化来产生为相应的组织结构,并且与周边组织相整合。例如采用珊瑚骨加支撑的羟基磷灰石陶瓷,其孔隙架构与人体骨架构极为接近,可被应用在骨组织工程支架中。

(3)细胞体系,经过移植的细胞经由生物过程演变为微结构。

3结束语

总之,从广义性的角度上来说人工生命必须要基于工程科学技术、生物科学技术以及生物工程科学技术的基础上。因而大量的工程、生物以及生物工程均是广义上的人工生命科学技术基础。材料技术型生物医学是工程的研究对象主要是生物材料与人体的各个身体器官。组织工程则是借助于生命科学以及工程科学的基础理论与方法,来探究并开发出具备修复以及改善人体组织器官功能的新型临床应用取代物,也就是人工组织,因而材料技术性生物医学工程以及组织工程也便是生物工程人工生命的基础。

参考文献:

[1]杨国为,陈国江,涂序彦等.广义人工生命的科学基础(Ⅱ)--生物工程基础[J].计算机工程与应用,2013(09).

[2]杜严勇,胡春风.人工生命技术引发的哲学思考——全国人工生命技术的哲学思考研讨会综述[J].哲学分析,2013(03).

[3]叶邦策,王建军.合成生物学与人工生命体[J].科学(上海),2015(06).

作者:赵恒章 单位:周口师范学院生命科学与农学学院

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