人体就像一辆汽车，随着使用时间延长，或多或少会出现一些毛病。汽车出现问题，我们可以把它送进“4S”店，修修补补，必要时要换一些零件。那么人体出现了问题，除了打针吃药和常规的手术，能不能也能把那些病变的、不能发挥功能的器官像换螺帽、补轮胎一样进行修补甚至换一个新的，让我们重新拥有一个健康的体魄呢？

回答这个问题，就涉及到一个新型的交叉学科———组织工程学。组织工程学是研究开发用于修复或改善人体病损组织或器官的结构、功能的生物活性替代物的一门科学。它有3个基本要素：支架，细胞和生长信息。

首先，我们要制备出具有新器官外形和精确尺寸的支架，再将组织细胞依附于由生物材料制备的该支架上，细胞经过体外培养扩增后植入体内的病损部位替换不能工作的器官，最终达到修复重建组织或器官、恢复功能的目的。用于支撑细胞成长为一个完整组织的框架材料的支架就是生物材料的一种应用。

要完成这些设想，首先要有满足要求的支架。人体个体存在差异，各自的器官尺寸不尽相同，形状要求不同的支架制备不可能像汽车零件那样标准化生产，3D打印技术可以为我们精确制备出符合每个器官形状要求的支架。

其次是细胞和生长信息，科学家有一个伟大的设想，就是在胎儿刚出生时，各取一点胚胎干细胞、多功能干细胞和专能干细胞贮藏在细胞库(低温冰冻保存可以保存上百年)。当人衰老后，如果心脏出现问题，可以把心脏细胞拿出来移植到由生物材料制成的心脏形状的支架上培养，并替换原来的心脏。也可用生物材料制作一个耳朵的骨架，然后把形成耳朵的干细胞依附在上面，再逐步培养，等到一定大小以后，给它供血，然后移植在一只老鼠身上，如果有人发生工伤事故，失去耳朵时，就可以把这只耳朵给装上去。又如哥伦比亚大学医学中心在患者口腔内植入一个生物材料支架，并将患者体内的干细胞引导至需要牙齿再生的地方，实现真正意义上的“牙齿再生”。

组织工程学不仅在于为解除病人痛苦提供新的治疗方法，更重要的是提出了复制“组织”“器官”的新思想，它标志着生物科技人体时代的到来，代表再生医学的新时代，是一场深远的医学革命。

作为组织工程中要素之一的生物材料应用广泛，品种很多。生物材料包括金属材料　(如用于人工髋关节的钛合金或钛铬合金)、无机非金属材料(如骨修复中的磷酸钙骨水泥)、有机材料　(如软组织修复材料聚硅氧烷、聚氨酯)　和复合材料　(如用于骨折内固定的聚乳酸和羟基磷灰石复合物)。

生物材料要用在人身上需有四个特性：1、生物相容性。可概括为材料和活体之间的关系，包括血液相容性和组织相容性　(无毒性、无致癌性、无热原反应、无免疫排斥反应等)。2、生物功能性。比如作为缓释药物，药物的缓释性能就是其生物功能性。3、化学稳定性。4、可加工性。

生物材料主要应用在医疗器械和药物制造。在医疗器械领域的应用有：1、作为体内应用医疗器械和材料，包括人工心瓣、人工血管、人工皮肤、人工角膜、人工关节、人工骨等。2、作为半体内应用医疗器械和材料，如人工胃、肺、导管、透析器、透析膜、接触眼镜等。3、作为体外应用医疗器械和材料，包括一般的医疗器械，酶、抗体、细胞、激素等。由于生物材料是制备医疗器械和药物制剂不可缺少的材料，因此每当有一种新生物材料出现，就会伴随引起医疗器械和药物制造技术的革新和革命。

生物材料除了作为人体组织器官的支架材料为人类健康服务外，还促进了药物制造技术的发展和进步。

生物材料的发展已使药物制剂从一日多次服用的传统型药物制剂，发展为一天到数天、以至几年才服用一次的长效缓释型药物制剂。后来，它还进一步发展为可由患者的体温、体内PH值等变化控制释药的控释型药物制剂。直至现在，最先进的还能利用药物制剂颗粒大小、或制剂同病灶部位间的抗体—抗原作用，或利用制剂的磁性等作用使药物能像导弹那样精确到达体内病灶部位的靶向药物。

由于药物制剂中真正具有对疾病治疗作用的药物只占药物制剂的很小部分，真正起到对药物具有负载作用、影响药物溶出或扩散速率的是作为药物载体的生物材料，因此每一种新生物材料及相应制药技术的出现，都可能导致新药物制剂的出现。

理想的药物制剂应该是既能保证血药浓度或病灶部位的药物浓度维持在一定浓度范围，又能在达到疗效的前提下，使药物用量大大减少，把药物直接送到病灶部位；又因其毒副作用最小、最安全可靠，并且服用方便、易于被患者接受，而使之在通常环境下具有较好物理和化学稳定性。

药物、手术修复、替换器官是病人接受治疗的最主要手段，需要通过医疗器械和药物这样的载体实现，所以说生物科技人体时代，生物材料是根本，是流水之源、树木之根，生物材料的发展对人类健康和社会经济产生革命性的影响。

文/洪华　刘昌胜 (作者为华东理工大学教授)