（项目简介）
1、 再生医学与组织工程
建立在干细胞与组织工程基础上的再生医学，其最基本的出发点就是充分发挥细胞分化与生长的能力，并运用此能力使组织或器官得以再生。
目前医学上的治疗还是以药物与手术治疗为主，但是有些用药物和手术仍不能使组织、器官的机能得以恢复，这部分就可以通过再生医学或今后的再生医学的治疗加以解决。
再生医学始于上世纪八十年代，其首例临床应用发生在1993年，是通过一名患者自身软骨干细胞的体外培养成一块板状的软骨，再移植到患者的体内，使缺损的肋骨得以修复。但是从那时到现在，再生医学技术与实际应用仍停留在皮肤与软骨部分，这是因为皮肤和骨骼的细胞呈现复制的基因状态，而其它组织并非如此，所以对心脏、肝脏、胰脏、肾脏等人工器官的培养还是处于实验室研究阶段（最近一年来，这方面的工作取得非常大的进展）。
目前再生医学对于重度灼伤，所采用患者自身皮肤的干细胞进行体外培养再移植的技术基本是成功的。虽然如此，自身干细胞体外培养再移植的全程治疗还存在许多问题未得到解决，例如：
①即使自身干细胞的培养移植也存在与体内自然发生或因组织需求而产生的细胞是否拥有完全相同的机能。目前这一问题尚未得到解决。
②为避免移植后产生癌变，必须在干细胞分化、增殖时进行筛选，必须排除未分化的干细胞，甚至在某些情况下还要植入自杀因子。这也是目前难以解决的问题。
③目前自身细胞培养、移植的费用昂贵，多数患者难以承受，即使是皮肤修复也是如此。因此对于绝大多数不是太严重的灼烧，如Ⅱ度、深Ⅱ度烧烫伤、难愈合的溃疡、褥疮等患者都难以接受此法治疗。
④此法在制作技术和操作程序上要求严格也比较复杂，而且干细胞体外培养，即使培养速度较快的表皮与真皮也需要4～8天，这种情况下很可能会错过最佳的治疗时间。
⑤此法的整个治疗过程往往是由两个不同机构来完成的，即由企业或研究单位进行细胞培养，再由医院进行移植。这对于全程的责任而言，由谁来承担也存在问题。此外，目前这一技术还涉及到一些专利等知识产权等诸多问题。
针对以上问题，近年来开展了所谓不采用干细胞的体外培养的再生医学研究，即利用某种材料对细胞的引导来促进组织再生的组织工程与技术。显然这一技术在某种程度上避免了上述存在的一些问题，于是问题的关键就在于如何开发出可引导再生的组织工程材料以及如何利用这种材料实现组织再生。对于能引导再生的组织工程材料，首先它要无抗原性；它与组织能有较好的生物相容性和安全性；能引导细胞向损伤部位附着、增生,从而达到组织修复的目的。
作为可引导再生的组织工程材料或结构支架，可以是不可降解的聚合物（如聚四氟乙烯等），或生物陶瓷（如羟基磷酸钙）等；也可以是可降解，并可为组织所吸收的天然高分子（如胶原、壳聚糖、生物多糖及其复合物等）以及合成的高分子聚合物，如聚乳酸、聚偶磷氮等。
当前利用组织工程材料引导再生的技术越来越受到关注，并且开始取得了较为理想的临床效果，于是进一步推动了引导再生的组织工程的研究，其中有关组织工程的材料尤其成为当今研究的热点。
2、国内外组织工程的研究现状
组织工程是再生医学领域中一个快速发展的新方向。如何构建出用于修复组织和器官所需要的三维支架的材料与结构，成为组织工程的研究核心。目前国际上的发展状况，可简要概述如下：
作为组织工程的不可降解的材料，直到目前研究最多的仍然是聚四氟乙烯、硅酮、聚胺脂及羟基磷灰石等所谓的生物陶瓷。由于这些材料具有良好的生物相容性和力学性能，所以将其作为骨缺损的修复与再生取得了较满意的临床效果。
在生物可降解的材料中，主要有胶原（或明胶）、纤维蛋白、生物多糖等天然高分子，或聚乳酸、聚偶磷氮等合成高分子。由于这些材料也都有较好的生物相容性，特别是这些材料的结构与特性与细胞外基质成分相似，又都能在完成引导组织再生后为机体所吸收，所以也取得较好的临床效果及培养器官的实验室效果。但是，由于胶原等天然高分子本身的强度不够，降解速度较快，所以近年来很多人从事胶原的化学修饰、改性等工作，或者在胶原的基质中加入其它物质成为复合体。在复合体中，性能最优异的如胶原——多糖复合体，由于加入了如透明质酸一类的粘多糖，则明显提高了被引导细胞的附着性。此外在胶原基质中加入壳聚糖以改善胶原的强度与降解速度。
目前美国、日本及我国，都在开展如何将可降解与不可降解的材料加以复合，以利于组织工程材料更适于细胞的附着与生长。例如美国（Woodroof Lad公司）近年生产的一种生物膜，将超薄并具有半透性的硅酮树脂覆以尼龙细网膜上，再在其表面涂上一层亲水的胶原多肽；再如在羟基磷灰石的表面覆以可降解的生物材料等。近年来许多研究工作是对材料表面加以改性，特别是使其成为可贯通的多孔材料，以利于营养、代谢物质的运输与交换，以利于细胞的生长，如美国(Milliopre公司)近年生产的微孔滤膜，该材料有无数贯通的微孔，直径为3μm；再如由纳米羟基磷灰石与聚胺脂复合，利用醇类等致孔剂形成多孔材料等。
此外，在材料的生产技术上，日本和我国近年开展了利用机械化学（或称力化学）等物理方法，合成羟基磷灰石或其它生物陶瓷等。
作为皮肤组织再生与创面愈合的研究，基本采用以下两种方法：对于一般难以治愈的情况，仍是采取自体皮肤移植手术；对于大面积，严重皮肤损毁情况下，侧重于自体细胞体外培养，生成的表皮与真皮组织再移植，例如日本BCS公司利用患者部分皮肤，经分离后再在纤维蛋白基质上进行培养、增殖，形成复合型皮肤后再移植。此法于2003年获得了临床实验许可，并曾预期2004年商品化。
我国的组织工程研究晚于美国、日本，但发展很快，这些工作多集中在高校及科学院所，如中科院上海硅酸盐研究所，中国医学科学院生物医学工程研究所（天津），以及四川大学、同济大学、天津大学、西南交大、陕西师大、华西医大等，有些省市建立起组织工程研发中心。我国与此相关的企业还很少，产品也极为有限，除致密胶原膜、多孔胶原膜、生物陶瓷等及多种生物多糖外，还有一些企业生产一些用于止血、创面愈合的纱布敷料等。
3、课题的提出——烧烫创伤、溃疡创面的愈合与组织工程
目前，对于较为严重的烧烫创伤、久治不愈的创面在不能自愈的情况下，除上面所述的自体皮肤移植、或自体皮肤细胞体外培养后再移植，或在不太严重的情况下采用传统烧烫等创伤药物治疗。对于皮肤组织的修复与再生，利用组织工程技术还不多见，即很少利用可引导再生的材料或相关的商品来加以治疗。这一状况已经引起各个国家的严重关切。例如日本厚生省于2000年对再生医学所制定的研发规划中，就明确提出要利用组织工程技术解决烧烫伤及难愈性溃疡的治疗。该规划共列出六个优先发展领域，并斥巨资予以支持，其中第四个领域为：“以异体皮肤治疗难愈性皮肤溃疡及烧烫伤的研究开发。”对于解决烧烫伤及难愈溃疡的治疗这一问题，对于日本是如此，同样对我国、对世界其它国家都是急待解决的一个先端的技术问题。所以对于烧烫伤及难愈溃疡的治疗而言，研发出理想的组织工程材料是有重大的学术价值和社会意义的大课题。
4、河蚌的某些组织及其成分可作为组织工程材料的理想原料
①河蚌某些组织的成分具有的生理与药理活性
河蚌的珍珠层、蚌肉、外套膜等组织的提取物具有重要的生理活性与药理活性，以其中的牛磺酸为例，具有镇静、解热、消炎、镇痛、抗惊厥、抗风湿、兴奋呼吸、增强营养物质对细胞的透过性、增强脂质与磷质的吸收与代谢、增强维生素与激素的吸收、促进胆汁分泌、利胆、保肝、解毒、对细胞有保护作用，可在不同环节对抗因组织缺血造成的细胞损害等功效。
此外，在河蚌各组织中普遍存在的河蚌多糖、精氨酸、B族维生素、几丁质以及钙、镁、铁、锌等无机元素也都有重要的生理与药理活性。
对于珍珠层粉的生物安全性以及对创面愈合的作用，杨永年等人所做的研究表明，无论是急性毒性试验，还是长期的毒性试验，都表明了珍珠层粉有较高的生物安全性。在小白鼠的创伤愈合实验中，以珍珠层粉为治疗组、青霉素水溶液为对照组以及空白对照组，结果表明，珍珠层粉较青霉素对照组和空白对照组都有明显促进皮肤缺损与创伤愈合的作用，且伤口愈合区的疤痕面积也较小。事实上，珍珠层粉一直是中医治疗烧烫等创伤及经久不治溃疡中的首选药物。尽管如此，并不等于河蚌的组织及其成分可直接作为组织工程的材料。
②河蚌某些组织与某些成分可作为组织工程材料的理想原料
由扫描电镜可观察到珍珠层是由无数平行的微片层所组成，其微片层的厚度约为0.5～1.5μm，如能使微片层沿自然层面彻底解离再经粉碎，这样的珍珠层粉将有非常大的表面自由能。如果珍珠层粉通过某些物理场的作用，使其表面被刻蚀，变得粗糙，进而在表面形成微小裂隙等，于是珍珠层粉会有非常大的吸附活性。此外物理场的处理使部分珍珠层粉的化学结构发生变化，即由碳酸钙转变为氧化钙、氢氧化钙，所以经创面组织液分解会产生部分钙离子。而钙离子不仅能平衡创面的负电荷，可调节血液的酸碱度，可活化凝血因子而形成凝血复合物，从而能起到快速止血的作用。可见，珍珠层及珍珠层粉经过物理场处理后，增强了它与机体的相容性，提高了它对细胞及分泌物的吸附活性，增强了它的止血作用，可见珍珠层粉可以作为理想的组织工程材料。
作为蚌肉、蚌壳中富含的牛磺酸，除具有前面所述的药理活性外，它又是天然的双亲界面活性剂。在创面附近的细胞与分泌物等所组成的软物质系统中，双亲界面活性剂可促使这些物质定向排列成聚集体，又因为界面活性剂能降低界面张力，可使聚集体的表面处于稳定态，于是可使系统具有熵增的趋势，或者说牛磺酸为创面修复，组织再生的有序化提供了物质条件和热力学条件。所以，如果在组织工程材料中有牛磺酸的参与，就能使材料有序地引导再生、促进创面良好的愈合。
作为蚌肉中富含的河蚌多糖，经测试表明它属于酸性粘多糖，与透明质酸、肝素、硫酸软骨素一样，河蚌多糖与细胞外基质的主要成分糖胺聚糖非常相近。河蚌多糖除了能在治疗烧烫伤及溃疡中发挥重要的药理作用外，还具有调控细胞生长因子的作用。实验还表明，在以胶原作为引导再生材料的基质时，如加入生物多糖，形成了胶原——多糖复合体，则可以提高细胞的附着与增生。所以，如果能将河蚌多糖加入组织工程的材料中，在提高与机体的相容性的同时，又可发挥对细胞的保护与促进增生的作用，还可提高内源性细胞生长因子的水平，从而能更好地发挥材料的引导再生、愈合创面的作用。
1989年，Lopez-E等报道了珍珠层粉修复骨缺损的研究。这一结果表明了①珍珠层粉可作为组织工程材料；②并具有促进骨组织缺损修复的作用。
可见，河蚌的珍珠层或珍珠层粉，河蚌含有的牛磺酸、河蚌多糖等成分皆可作为组织工程材料的理想原料。
5、珍珠层粉的物理活化
在中医药中，珍珠层粉、蚌肉分泌液以及蚌泪虽然都有生肌、敛疮等功效，但是经现代研究表明，河蚌的这些组织与结构对于受损组织的修复与再生，并不具有最理想的成分与构造，所以在成分上需要重新组合，在结构上需要活化，以达到最理想的疗效
珍珠层粉的物理活化目的是使其有较高的理化活性，使有效成分进一步发挥作用，有更好的生物安全性，使其成为理想的组织工程材料。由于珍珠层粉中的有机大分子是由无机成分与有机成分经配位结合所形成，这种配位结合的大分子，既不利于珍珠层粉生理与药理活性的发挥，也不利于珍珠层粉理化活性的发挥，并且这种大分子的存在对于生物的安全性以及对机体的相容性也都有不利的影响。为此，可通过某些物理场对珍珠层粉施加作用，对上述的配位结合加以破坏，以提高珍珠层粉的理化活性、生物安全性以及对机体的相容性。
珍珠层的微片层的厚度接近于纳米尺度，微片层间存在自然表面，因此在微片层间的结合处是结构的薄弱之处。如果使微片层间的结合得以破坏，即首先在微片层间的化学键合发生断裂，则此处的键合能得以释放，而释放的键合能又可对进一步导致的结构破坏做出贡献，这便是物理场对珍珠层粉进行活化的主要依据。于是可考虑如下物理场对珍珠层粉的活化。
①利用微片层界面两侧的物质在热膨胀、热收缩等热学参数上的差异，可通过温度场，尤其是交变温度场造成巨大的热应力差异而导致微片层自然表面的解离。同时由于在原始缺陷处存在的巨大热应力，可因此导致缺陷扩展而产生结构的破坏，或者巨大的热应力导致缺陷密度的增加，为此后的结构破坏创造了条件。
②通过功率超声的空化效应所产生的巨大应力，或通过激波所产生的巨大应变梯度，都可以在珍珠层粉的颗粒表面引发力化学反应，可使珍珠层粉中有机物因自由基反应导致化学键断裂而降解，由于超声提高了有机成分的极化率，所以提高了有机成分在极性溶剂中的溶解度，于是使微片层进一步解离。由于应力破坏可使珍珠层粉进一步被细化，层粉颗粒表面被刻蚀而变得粗糙，导致颗粒表面缺陷密度增加和缺陷扩展，从而可使颗粒形成具有极微小孔隙的纳米介孔材料。
③珍珠层粉与其它生物材料一样具有明显的压电特征，所以在交变电压的电磁场作用下，珍珠层粉可因交变应力导致疲劳损伤，使其结构进一步破坏，进一步增加缺陷密度及表面孔隙度。此外疲劳损伤还可造成珍珠层粉结晶常数的改变，使其趋于非晶化。
经过上述一些物理场处理后，珍珠层粉中的有机成分被降解
提高了有机成分的溶解度，如果对物理场处理后珍珠层粉加以水解，则有机成分可被充分溶出，余下的则几乎是被无机化了的珍珠层粉。这样的珍珠层粉虽然失去了具有生理与药理活性的有机成分，但是却具有以下理化活性：
① 因颗粒细化、表面粗糙、被刻蚀、充满了孔隙等，因此有巨大的表面自由能，于是可降低其参与化学反应的活化能势垒；
② 由于巨大的比表面积，表面有纳米尺度孔隙，于是可因尺度效应而产生明显的分子引力而使其有较强的吸附活性；
③ 物理场处理后，一些钙原子处于相对较高能量的不稳定态，容易被水解形成钙离子，于是可发挥正电荷的吸引，迁移以及对机体中多种酶发挥活化等作用；
④ 由于碳酸钙晶格常数改变而趋向非晶化，所以可获得所谓的后活化效应，即具有持久的结构活性。
于是可对活化珍珠层粉做如下定义：珍珠层粉经物理场处理后，再经充分水解而分离，则几乎被无机化了的珍珠层粉我们称之为活化珍珠层粉。活化珍珠层粉因为很少含有有机成分，也很少具有药理活性，但是对机体却有理想的相容性与生物安全性，而且具有如上结构的理化活性。所以，活化珍珠层粉是完全可以作为组织工程的一种生物材料。
传统观点认为珍珠层粉所以具有药效作用，是因为珍珠层粉的有机成分具有明显的药理活性。而活化珍珠层粉几乎失去了有药理活性的有机成分，但是只要它有了某种结构，并且这种结构使其具备吸附、引导等理化活性，那么它仍可在烧烫等创伤中发挥使创面愈合的积极作用。通过活化珍珠层粉对12例Ⅱ度烧烫伤的初步治疗的结果表明，它对促进烧烫等创伤的愈合可表现出如下的优势与结论：
① 少有疤痕；相容性好、安全性高；成本低廉、使用方便；
② 充满孔隙的活化珍珠层粉，其结构的优势表现为既能促进创面愈合，又是引导再生支架构造的一部分。
③ 将活化珍珠层粉用于引导再生，所产生的细胞是在机体内自然发生，不会出现体外培养再移植所出现的弊端，而且使用珍珠层粉真正体现了再生医学的基本思想，即充分发挥了细胞自身的分化、生长能力；
④ 活化珍珠层粉适用于引导再生，特别是对多数烧烫等创伤、经久不治的溃疡等，同时珍珠层粉也适用于作为干细胞的体外培养再移植的生物材料，所以利用活化珍珠层粉及其它可吸收的生物高分子等，可开发出多种产品，用于再生医学、医学美容、外用保健、康复等诸多方面，所以说，活化珍珠层粉有广泛的适用性与应用前景。
综上所述，经物理场活化后的珍珠层粉是组织工程的理想生物材料。
6、明胶——河蚌多糖复合体及其在组织修复、创面愈合中的作用
近年来，用于组织引导再生，并可降解、可吸收的组织工程材料中，多为胶原——多糖复合体。由于胶原是细胞外基质的主要结构蛋白，其主要成分有甘氨酸（约占1/3）、脯氨酸与羟脯氨酸（约占20%）等，是创伤修复、合成皮肤组织非常重要的物质。并且胶原具有①对机体无抗原性；②有良好的生物相容性和安全性；③可迅速形成血栓，所以具有止血功效；④降解速度可调等特点，所以胶原在皮肤、肌腱、韧带、骨骼等组织的修复、再生中都得到了应用。在胶原——多糖复合体中，由于其中的多糖多为透明质酸一类的粘多糖，它与细胞外基质中的糖胺聚糖基本属同一类物质，所以这种复合体与机体能有良好的相容性。除此之外，多糖物质还可调控细胞生长因子，影响细胞的粘附与增殖，这是因为加入多糖的复合体与纯胶原相比可明显提高细胞的附着力。又因为胶原、多糖都可降解，可为机体所吸收，所以胶原——多糖复合体成为可引导组织再生，可吸收的理想的组织工程材料。
本项目提出的复合体是由明胶与河蚌多糖所组成，其中明胶是胶原蛋白经热变性，再经酸或碱水解而得到的一种多肽混合物，也是胶原的衍生物，除溶解度等物理特性与胶原有一定差异外，它与机体的相关性与胶原是基本相似的。本项目的河蚌多糖，与透明质酸一样都为酸性粘多糖，所以明胶——河蚌多糖复合体与胶原——多糖复合体有相同的功效与特性。但是明胶——河蚌多糖体的特殊之处，却是在提取河蚌多糖的同时，也提取出有重要作用的牛磺酸，所以这种含有牛磺酸的复合体就更有利于组织再生与创面的愈合。
7、一种新的复合生物材料
本项目针对烧烫等创伤以及难愈溃疡的治疗，提出一种新的组织工程材料，也是一种复合的生物材料，它的主要构成有活化珍珠层粉、河蚌多糖、牛磺酸以及其它生物材料等，其中多是来自于河蚌不同组织的提取物。
活化珍珠层粉基本为不可吸收的组织工程材料，该材料的突出优势表现为：
① 有较大的表面自由能，所以有较大引导细胞的能力；
② 具有明显的止血功效；
③ 对创面渗出液有较强的吸附活性。
该材料作为修复、再生材料其主要不足表现为：
① 几乎无药理活性；
② 大部分不能为机体所吸收，若作为骨缺损的再生与修复，则适于细胞的附着、生长，但是作为皮肤组织的修复，则不适于细胞的附着与生长。
含有牛磺酸的明胶——河蚌多糖复合体属于可吸收的组织工程材料，该材料具有的优势表现为：
① 具有促进创面愈合的理想药理活性与理化活性；
② 适于细胞、新生组织的附着、生长；
③ 可降解、可为机体所吸收。
其不足之处表现为：
① 物理吸附不如活化珍珠层粉；
② 一般情况下，这种复合体作为细胞附着、生长的模板尚缺乏一定的强度。
显然活化珍珠层粉与明胶——河蚌多糖复合体在优势与不足两方面具有互补性。因此，如果能将两者相复合（譬如使两者形成均匀的糊状体，其中明胶——河蚌多糖为连续相，活化珍珠层粉为分散相），则应该具有更优异的特性，如无抗原性；与机体有理想的相容性和生物安全性；有引导、附着、再生活性；有明显止血功效；对渗出物有理想的吸附能力；有促进创面愈合的药理活性；对附着、再生的模板有一定的强度等。此外，由于部分活性珍珠层粉为组织液所溶解，所以在分离出钙离子的同时，可使复合物出现一定的孔隙，这将有利于营养与代谢物的输运、交换，更有利于组织修复与创面愈合。由于富集负电荷的创面及其新生组织对富集正电荷的附着物的吸引，在电场力驱使下，使具有生物亲和性强、粘弹性较为接近的明胶——河蚌多糖复合体易于和创面组织相融合。当复合体与创面组织融合并逐渐形成新表面的过程中，经活化的无机的珍珠层粉也以较大比表面积的分子吸附力在吸附创面渗出物，以较大的导热系数吸收创面周围的热量，从而使珍珠层粉与吸附物逐渐形成刚性较大的壳体。此时，随着新生组织表面的形成并开始收缩，而上述刚性较大的壳体因干燥后也在收缩，这两者的收缩都要形成内聚的应力，正是两者都具有的内聚应力而使两个表面排斥并得以分开。其中刚性较大的珍珠层粉干燥后所具有较大的内聚应力，而又很少有弹塑性变形，因此干燥后会发生宏观的龟裂，这为不可吸收的活化珍珠层粉能顺利地从新生组织上脱落创造了有利条件，从而避免了新生组织（与其它物质）的粘连。
正是由于存在着创面组织、创面的浸出物、活化的珍珠层粉、明胶-河蚌多糖复合体这四种物质；
正是由于存在着静电引力和分子引力并使相应物质相向运动、融合，才为创面愈合与刚性壳体的形成创造了条件；
正是由于创面及壳体的收缩并产生相应的内聚应力，才能使壳体形成龟裂。
可以说，上述是该敷料能自行脱落，并与创面不产生粘连的三个必要条件。临床也证明了创面愈合后，活化珍珠层粉能自行收缩、脱落，与新生组织不产生粘连这一具有重要临床价值的特性。可见，由河蚌不同组织的提取物分别形成的可吸收再生材料及不可吸收的再生材料。将两者再加以复合，便可构成全新的复合引导再生材料，是更有利于皮肤组织的修复与创面的愈合。这一全新的复合生物材料的研制，在功能与结构上更具有合理性，更充分地发挥各成分的作用与整体的优势，并且也是对河蚌这一特殊资源更具深层次的开发。
8、开发本项目的意义
其社会意义主要体现在：
①该项目具有独创性、新颖性。表现在复合材料中，可吸收再生材料及不可吸收再生材料都为天然生物材料；其主要成分都源于河蚌不同组织的提取物；充分运用物理场进行提取、活化等。所以这种独创、新颖之处或可填补组织工程领域的空白。
②该项目拥有完全自主的知识产权，可形成多个专利，是对组织工程中其它国家如美国、日本等国家的技术垄断地位的一次突破。
③该项目应用领域广，除可用于烧烫创伤、难愈溃疡的组织再生、创面愈合，还可应用于美容、修复及外用保健等领域。
④可初步认定，未来的产品成本低、操作方便，有利于推广使用。
其经济意义主要体现在：
① 由于适用人群广、市场大，所以可形成规模化的经济效益（参见《活化珍珠层粉项目的可行性分析》及《河蚌多糖项目的可行性分析》）；
② 该项目体现了对河蚌资源的深层次开发，由此可带动以河蚌为资源的生物产业（参见《开发以河蚌为资源的生物产业》）。
（项目简介）
1、 再生医学与组织工程
建立在干细胞与组织工程基础上的再生医学，其最基本的出发点就是充分发挥细胞分化与生长的能力，并运用此能力使组织或器官得以再生。
目前医学上的治疗还是以药物与手术治疗为主，但是有些用药物和手术仍不能使组织、器官的机能得以恢复，这部分就可以通过再生医学或今后的再生医学的治疗加以解决。
再生医学始于上世纪八十年代，其首例临床应用发生在1993年，是通过一名患者自身软骨干细胞的体外培养成一块板状的软骨，再移植到患者的体内，使缺损的肋骨得以修复。但是从那时到现在，再生医学技术与实际应用仍停留在皮肤与软骨部分，这是因为皮肤和骨骼的细胞呈现复制的基因状态，而其它组织并非如此，所以对心脏、肝脏、胰脏、肾脏等人工器官的培养还是处于实验室研究阶段（最近一年来，这方面的工作取得非常大的进展）。
目前再生医学对于重度灼伤，所采用患者自身皮肤的干细胞进行体外培养再移植的技术基本是成功的。虽然如此，自身干细胞体外培养再移植的全程治疗还存在许多问题未得到解决，例如：
①即使自身干细胞的培养移植也存在与体内自然发生或因组织需求而产生的细胞是否拥有完全相同的机能。目前这一问题尚未得到解决。
②为避免移植后产生癌变，必须在干细胞分化、增殖时进行筛选，必须排除未分化的干细胞，甚至在某些情况下还要植入自杀因子。这也是目前难以解决的问题。
③目前自身细胞培养、移植的费用昂贵，多数患者难以承受，即使是皮肤修复也是如此。因此对于绝大多数不是太严重的灼烧，如Ⅱ度、深Ⅱ度烧烫伤、难愈合的溃疡、褥疮等患者都难以接受此法治疗。
④此法在制作技术和操作程序上要求严格也比较复杂，而且干细胞体外培养，即使培养速度较快的表皮与真皮也需要4～8天，这种情况下很可能会错过最佳的治疗时间。
⑤此法的整个治疗过程往往是由两个不同机构来完成的，即由企业或研究单位进行细胞培养，再由医院进行移植。这对于全程的责任而言，由谁来承担也存在问题。此外，目前这一技术还涉及到一些专利等知识产权等诸多问题。
针对以上问题，近年来开展了所谓不采用干细胞的体外培养的再生医学研究，即利用某种材料对细胞的引导来促进组织再生的组织工程与技术。显然这一技术在某种程度上避免了上述存在的一些问题，于是问题的关键就在于如何开发出可引导再生的组织工程材料以及如何利用这种材料实现组织再生。对于能引导再生的组织工程材料，首先它要无抗原性；它与组织能有较好的生物相容性和安全性；能引导细胞向损伤部位附着、增生,从而达到组织修复的目的。
作为可引导再生的组织工程材料或结构支架，可以是不可降解的聚合物（如聚四氟乙烯等），或生物陶瓷（如羟基磷酸钙）等；也可以是可降解，并可为组织所吸收的天然高分子（如胶原、壳聚糖、生物多糖及其复合物等）以及合成的高分子聚合物，如聚乳酸、聚偶磷氮等。
当前利用组织工程材料引导再生的技术越来越受到关注，并且开始取得了较为理想的临床效果，于是进一步推动了引导再生的组织工程的研究，其中有关组织工程的材料尤其成为当今研究的热点。
2、国内外组织工程的研究现状
组织工程是再生医学领域中一个快速发展的新方向。如何构建出用于修复组织和器官所需要的三维支架的材料与结构，成为组织工程的研究核心。目前国际上的发展状况，可简要概述如下：
作为组织工程的不可降解的材料，直到目前研究最多的仍然是聚四氟乙烯、硅酮、聚胺脂及羟基磷灰石等所谓的生物陶瓷。由于这些材料具有良好的生物相容性和力学性能，所以将其作为骨缺损的修复与再生取得了较满意的临床效果。
在生物可降解的材料中，主要有胶原（或明胶）、纤维蛋白、生物多糖等天然高分子，或聚乳酸、聚偶磷氮等合成高分子。由于这些材料也都有较好的生物相容性，特别是这些材料的结构与特性与细胞外基质成分相似，又都能在完成引导组织再生后为机体所吸收，所以也取得较好的临床效果及培养器官的实验室效果。但是，由于胶原等天然高分子本身的强度不够，降解速度较快，所以近年来很多人从事胶原的化学修饰、改性等工作，或者在胶原的基质中加入其它物质成为复合体。在复合体中，性能最优异的如胶原——多糖复合体，由于加入了如透明质酸一类的粘多糖，则明显提高了被引导细胞的附着性。此外在胶原基质中加入壳聚糖以改善胶原的强度与降解速度。
目前美国、日本及我国，都在开展如何将可降解与不可降解的材料加以复合，以利于组织工程材料更适于细胞的附着与生长。例如美国（Woodroof Lad公司）近年生产的一种生物膜，将超薄并具有半透性的硅酮树脂覆以尼龙细网膜上，再在其表面涂上一层亲水的胶原多肽；再如在羟基磷灰石的表面覆以可降解的生物材料等。近年来许多研究工作是对材料表面加以改性，特别是使其成为可贯通的多孔材料，以利于营养、代谢物质的运输与交换，以利于细胞的生长，如美国(Milliopre公司)近年生产的微孔滤膜，该材料有无数贯通的微孔，直径为3μm；再如由纳米羟基磷灰石与聚胺脂复合，利用醇类等致孔剂形成多孔材料等。
此外，在材料的生产技术上，日本和我国近年开展了利用机械化学（或称力化学）等物理方法，合成羟基磷灰石或其它生物陶瓷等。
作为皮肤组织再生与创面愈合的研究，基本采用以下两种方法：对于一般难以治愈的情况，仍是采取自体皮肤移植手术；对于大面积，严重皮肤损毁情况下，侧重于自体细胞体外培养，生成的表皮与真皮组织再移植，例如日本BCS公司利用患者部分皮肤，经分离后再在纤维蛋白基质上进行培养、增殖，形成复合型皮肤后再移植。此法于2003年获得了临床实验许可，并曾预期2004年商品化。
我国的组织工程研究晚于美国、日本，但发展很快，这些工作多集中在高校及科学院所，如中科院上海硅酸盐研究所，中国医学科学院生物医学工程研究所（天津），以及四川大学、同济大学、天津大学、西南交大、陕西师大、华西医大等，有些省市建立起组织工程研发中心。我国与此相关的企业还很少，产品也极为有限，除致密胶原膜、多孔胶原膜、生物陶瓷等及多种生物多糖外，还有一些企业生产一些用于止血、创面愈合的纱布敷料等。
3、课题的提出——烧烫创伤、溃疡创面的愈合与组织工程
目前，对于较为严重的烧烫创伤、久治不愈的创面在不能自愈的情况下，除上面所述的自体皮肤移植、或自体皮肤细胞体外培养后再移植，或在不太严重的情况下采用传统烧烫等创伤药物治疗。对于皮肤组织的修复与再生，利用组织工程技术还不多见，即很少利用可引导再生的材料或相关的商品来加以治疗。这一状况已经引起各个国家的严重关切。例如日本厚生省于2000年对再生医学所制定的研发规划中，就明确提出要利用组织工程技术解决烧烫伤及难愈性溃疡的治疗。该规划共列出六个优先发展领域，并斥巨资予以支持，其中第四个领域为：“以异体皮肤治疗难愈性皮肤溃疡及烧烫伤的研究开发。”对于解决烧烫伤及难愈溃疡的治疗这一问题，对于日本是如此，同样对我国、对世界其它国家都是急待解决的一个先端的技术问题。所以对于烧烫伤及难愈溃疡的治疗而言，研发出理想的组织工程材料是有重大的学术价值和社会意义的大课题。
4、河蚌的某些组织及其成分可作为组织工程材料的理想原料
①河蚌某些组织的成分具有的生理与药理活性
河蚌的珍珠层、蚌肉、外套膜等组织的提取物具有重要的生理活性与药理活性，以其中的牛磺酸为例，具有镇静、解热、消炎、镇痛、抗惊厥、抗风湿、兴奋呼吸、增强营养物质对细胞的透过性、增强脂质与磷质的吸收与代谢、增强维生素与激素的吸收、促进胆汁分泌、利胆、保肝、解毒、对细胞有保护作用，可在不同环节对抗因组织缺血造成的细胞损害等功效。
此外，在河蚌各组织中普遍存在的河蚌多糖、精氨酸、B族维生素、几丁质以及钙、镁、铁、锌等无机元素也都有重要的生理与药理活性。
对于珍珠层粉的生物安全性以及对创面愈合的作用，杨永年等人所做的研究表明，无论是急性毒性试验，还是长期的毒性试验，都表明了珍珠层粉有较高的生物安全性。在小白鼠的创伤愈合实验中，以珍珠层粉为治疗组、青霉素水溶液为对照组以及空白对照组，结果表明，珍珠层粉较青霉素对照组和空白对照组都有明显促进皮肤缺损与创伤愈合的作用，且伤口愈合区的疤痕面积也较小。事实上，珍珠层粉一直是中医治疗烧烫等创伤及经久不治溃疡中的首选药物。尽管如此，并不等于河蚌的组织及其成分可直接作为组织工程的材料。
②河蚌某些组织与某些成分可作为组织工程材料的理想原料
由扫描电镜可观察到珍珠层是由无数平行的微片层所组成，其微片层的厚度约为0.5～1.5μm，如能使微片层沿自然层面彻底解离再经粉碎，这样的珍珠层粉将有非常大的表面自由能。如果珍珠层粉通过某些物理场的作用，使其表面被刻蚀，变得粗糙，进而在表面形成微小裂隙等，于是珍珠层粉会有非常大的吸附活性。此外物理场的处理使部分珍珠层粉的化学结构发生变化，即由碳酸钙转变为氧化钙、氢氧化钙，所以经创面组织液分解会产生部分钙离子。而钙离子不仅能平衡创面的负电荷，可调节血液的酸碱度，可活化凝血因子而形成凝血复合物，从而能起到快速止血的作用。可见，珍珠层及珍珠层粉经过物理场处理后，增强了它与机体的相容性，提高了它对细胞及分泌物的吸附活性，增强了它的止血作用，可见珍珠层粉可以作为理想的组织工程材料。
作为蚌肉、蚌壳中富含的牛磺酸，除具有前面所述的药理活性外，它又是天然的双亲界面活性剂。在创面附近的细胞与分泌物等所组成的软物质系统中，双亲界面活性剂可促使这些物质定向排列成聚集体，又因为界面活性剂能降低界面张力，可使聚集体的表面处于稳定态，于是可使系统具有熵增的趋势，或者说牛磺酸为创面修复，组织再生的有序化提供了物质条件和热力学条件。所以，如果在组织工程材料中有牛磺酸的参与，就能使材料有序地引导再生、促进创面良好的愈合。
作为蚌肉中富含的河蚌多糖，经测试表明它属于酸性粘多糖，与透明质酸、肝素、硫酸软骨素一样，河蚌多糖与细胞外基质的主要成分糖胺聚糖非常相近。河蚌多糖除了能在治疗烧烫伤及溃疡中发挥重要的药理作用外，还具有调控细胞生长因子的作用。实验还表明，在以胶原作为引导再生材料的基质时，如加入生物多糖，形成了胶原——多糖复合体，则可以提高细胞的附着与增生。所以，如果能将河蚌多糖加入组织工程的材料中，在提高与机体的相容性的同时，又可发挥对细胞的保护与促进增生的作用，还可提高内源性细胞生长因子的水平，从而能更好地发挥材料的引导再生、愈合创面的作用。
1989年，Lopez-E等报道了珍珠层粉修复骨缺损的研究。这一结果表明了①珍珠层粉可作为组织工程材料；②并具有促进骨组织缺损修复的作用。
可见，河蚌的珍珠层或珍珠层粉，河蚌含有的牛磺酸、河蚌多糖等成分皆可作为组织工程材料的理想原料。
5、珍珠层粉的物理活化
在中医药中，珍珠层粉、蚌肉分泌液以及蚌泪虽然都有生肌、敛疮等功效，但是经现代研究表明，河蚌的这些组织与结构对于受损组织的修复与再生，并不具有最理想的成分与构造，所以在成分上需要重新组合，在结构上需要活化，以达到最理想的疗效
珍珠层粉的物理活化目的是使其有较高的理化活性，使有效成分进一步发挥作用，有更好的生物安全性，使其成为理想的组织工程材料。由于珍珠层粉中的有机大分子是由无机成分与有机成分经配位结合所形成，这种配位结合的大分子，既不利于珍珠层粉生理与药理活性的发挥，也不利于珍珠层粉理化活性的发挥，并且这种大分子的存在对于生物的安全性以及对机体的相容性也都有不利的影响。为此，可通过某些物理场对珍珠层粉施加作用，对上述的配位结合加以破坏，以提高珍珠层粉的理化活性、生物安全性以及对机体的相容性。
珍珠层的微片层的厚度接近于纳米尺度，微片层间存在自然表面，因此在微片层间的结合处是结构的薄弱之处。如果使微片层间的结合得以破坏，即首先在微片层间的化学键合发生断裂，则此处的键合能得以释放，而释放的键合能又可对进一步导致的结构破坏做出贡献，这便是物理场对珍珠层粉进行活化的主要依据。于是可考虑如下物理场对珍珠层粉的活化。
①利用微片层界面两侧的物质在热膨胀、热收缩等热学参数上的差异，可通过温度场，尤其是交变温度场造成巨大的热应力差异而导致微片层自然表面的解离。同时由于在原始缺陷处存在的巨大热应力，可因此导致缺陷扩展而产生结构的破坏，或者巨大的热应力导致缺陷密度的增加，为此后的结构破坏创造了条件。
②通过功率超声的空化效应所产生的巨大应力，或通过激波所产生的巨大应变梯度，都可以在珍珠层粉的颗粒表面引发力化学反应，可使珍珠层粉中有机物因自由基反应导致化学键断裂而降解，由于超声提高了有机成分的极化率，所以提高了有机成分在极性溶剂中的溶解度，于是使微片层进一步解离。由于应力破坏可使珍珠层粉进一步被细化，层粉颗粒表面被刻蚀而变得粗糙，导致颗粒表面缺陷密度增加和缺陷扩展，从而可使颗粒形成具有极微小孔隙的纳米介孔材料。
③珍珠层粉与其它生物材料一样具有明显的压电特征，所以在交变电压的电磁场作用下，珍珠层粉可因交变应力导致疲劳损伤，使其结构进一步破坏，进一步增加缺陷密度及表面孔隙度。此外疲劳损伤还可造成珍珠层粉结晶常数的改变，使其趋于非晶化。
经过上述一些物理场处理后，珍珠层粉中的有机成分被降解
提高了有机成分的溶解度，如果对物理场处理后珍珠层粉加以水解，则有机成分可被充分溶出，余下的则几乎是被无机化了的珍珠层粉。这样的珍珠层粉虽然失去了具有生理与药理活性的有机成分，但是却具有以下理化活性：
① 因颗粒细化、表面粗糙、被刻蚀、充满了孔隙等，因此有巨大的表面自由能，于是可降低其参与化学反应的活化能势垒；
② 由于巨大的比表面积，表面有纳米尺度孔隙，于是可因尺度效应而产生明显的分子引力而使其有较强的吸附活性；
③ 物理场处理后，一些钙原子处于相对较高能量的不稳定态，容易被水解形成钙离子，于是可发挥正电荷的吸引，迁移以及对机体中多种酶发挥活化等作用；
④ 由于碳酸钙晶格常数改变而趋向非晶化，所以可获得所谓的后活化效应，即具有持久的结构活性。
于是可对活化珍珠层粉做如下定义：珍珠层粉经物理场处理后，再经充分水解而分离，则几乎被无机化了的珍珠层粉我们称之为活化珍珠层粉。活化珍珠层粉因为很少含有有机成分，也很少具有药理活性，但是对机体却有理想的相容性与生物安全性，而且具有如上结构的理化活性。所以，活化珍珠层粉是完全可以作为组织工程的一种生物材料。
传统观点认为珍珠层粉所以具有药效作用，是因为珍珠层粉的有机成分具有明显的药理活性。而活化珍珠层粉几乎失去了有药理活性的有机成分，但是只要它有了某种结构，并且这种结构使其具备吸附、引导等理化活性，那么它仍可在烧烫等创伤中发挥使创面愈合的积极作用。通过活化珍珠层粉对12例Ⅱ度烧烫伤的初步治疗的结果表明，它对促进烧烫等创伤的愈合可表现出如下的优势与结论：
① 少有疤痕；相容性好、安全性高；成本低廉、使用方便；
② 充满孔隙的活化珍珠层粉，其结构的优势表现为既能促进创面愈合，又是引导再生支架构造的一部分。
③ 将活化珍珠层粉用于引导再生，所产生的细胞是在机体内自然发生，不会出现体外培养再移植所出现的弊端，而且使用珍珠层粉真正体现了再生医学的基本思想，即充分发挥了细胞自身的分化、生长能力；
④ 活化珍珠层粉适用于引导再生，特别是对多数烧烫等创伤、经久不治的溃疡等，同时珍珠层粉也适用于作为干细胞的体外培养再移植的生物材料，所以利用活化珍珠层粉及其它可吸收的生物高分子等，可开发出多种产品，用于再生医学、医学美容、外用保健、康复等诸多方面，所以说，活化珍珠层粉有广泛的适用性与应用前景。
综上所述，经物理场活化后的珍珠层粉是组织工程的理想生物材料。
6、明胶——河蚌多糖复合体及其在组织修复、创面愈合中的作用
近年来，用于组织引导再生，并可降解、可吸收的组织工程材料中，多为胶原——多糖复合体。由于胶原是细胞外基质的主要结构蛋白，其主要成分有甘氨酸（约占1/3）、脯氨酸与羟脯氨酸（约占20%）等，是创伤修复、合成皮肤组织非常重要的物质。并且胶原具有①对机体无抗原性；②有良好的生物相容性和安全性；③可迅速形成血栓，所以具有止血功效；④降解速度可调等特点，所以胶原在皮肤、肌腱、韧带、骨骼等组织的修复、再生中都得到了应用。在胶原——多糖复合体中，由于其中的多糖多为透明质酸一类的粘多糖，它与细胞外基质中的糖胺聚糖基本属同一类物质，所以这种复合体与机体能有良好的相容性。除此之外，多糖物质还可调控细胞生长因子，影响细胞的粘附与增殖，这是因为加入多糖的复合体与纯胶原相比可明显提高细胞的附着力。又因为胶原、多糖都可降解，可为机体所吸收，所以胶原——多糖复合体成为可引导组织再生，可吸收的理想的组织工程材料。
本项目提出的复合体是由明胶与河蚌多糖所组成，其中明胶是胶原蛋白经热变性，再经酸或碱水解而得到的一种多肽混合物，也是胶原的衍生物，除溶解度等物理特性与胶原有一定差异外，它与机体的相关性与胶原是基本相似的。本项目的河蚌多糖，与透明质酸一样都为酸性粘多糖，所以明胶——河蚌多糖复合体与胶原——多糖复合体有相同的功效与特性。但是明胶——河蚌多糖体的特殊之处，却是在提取河蚌多糖的同时，也提取出有重要作用的牛磺酸，所以这种含有牛磺酸的复合体就更有利于组织再生与创面的愈合。
7、一种新的复合生物材料
本项目针对烧烫等创伤以及难愈溃疡的治疗，提出一种新的组织工程材料，也是一种复合的生物材料，它的主要构成有活化珍珠层粉、河蚌多糖、牛磺酸以及其它生物材料等，其中多是来自于河蚌不同组织的提取物。
活化珍珠层粉基本为不可吸收的组织工程材料，该材料的突出优势表现为：
① 有较大的表面自由能，所以有较大引导细胞的能力；
② 具有明显的止血功效；
③ 对创面渗出液有较强的吸附活性。
该材料作为修复、再生材料其主要不足表现为：
① 几乎无药理活性；
② 大部分不能为机体所吸收，若作为骨缺损的再生与修复，则适于细胞的附着、生长，但是作为皮肤组织的修复，则不适于细胞的附着与生长。
含有牛磺酸的明胶——河蚌多糖复合体属于可吸收的组织工程材料，该材料具有的优势表现为：
① 具有促进创面愈合的理想药理活性与理化活性；
② 适于细胞、新生组织的附着、生长；
③ 可降解、可为机体所吸收。
其不足之处表现为：
① 物理吸附不如活化珍珠层粉；
② 一般情况下，这种复合体作为细胞附着、生长的模板尚缺乏一定的强度。
显然活化珍珠层粉与明胶——河蚌多糖复合体在优势与不足两方面具有互补性。因此，如果能将两者相复合（譬如使两者形成均匀的糊状体，其中明胶——河蚌多糖为连续相，活化珍珠层粉为分散相），则应该具有更优异的特性，如无抗原性；与机体有理想的相容性和生物安全性；有引导、附着、再生活性；有明显止血功效；对渗出物有理想的吸附能力；有促进创面愈合的药理活性；对附着、再生的模板有一定的强度等。此外，由于部分活性珍珠层粉为组织液所溶解，所以在分离出钙离子的同时，可使复合物出现一定的孔隙，这将有利于营养与代谢物的输运、交换，更有利于组织修复与创面愈合。由于富集负电荷的创面及其新生组织对富集正电荷的附着物的吸引，在电场力驱使下，使具有生物亲和性强、粘弹性较为接近的明胶——河蚌多糖复合体易于和创面组织相融合。当复合体与创面组织融合并逐渐形成新表面的过程中，经活化的无机的珍珠层粉也以较大比表面积的分子吸附力在吸附创面渗出物，以较大的导热系数吸收创面周围的热量，从而使珍珠层粉与吸附物逐渐形成刚性较大的壳体。此时，随着新生组织表面的形成并开始收缩，而上述刚性较大的壳体因干燥后也在收缩，这两者的收缩都要形成内聚的应力，正是两者都具有的内聚应力而使两个表面排斥并得以分开。其中刚性较大的珍珠层粉干燥后所具有较大的内聚应力，而又很少有弹塑性变形，因此干燥后会发生宏观的龟裂，这为不可吸收的活化珍珠层粉能顺利地从新生组织上脱落创造了有利条件，从而避免了新生组织（与其它物质）的粘连。
正是由于存在着创面组织、创面的浸出物、活化的珍珠层粉、明胶-河蚌多糖复合体这四种物质；
正是由于存在着静电引力和分子引力并使相应物质相向运动、融合，才为创面愈合与刚性壳体的形成创造了条件；
正是由于创面及壳体的收缩并产生相应的内聚应力，才能使壳体形成龟裂。
可以说，上述是该敷料能自行脱落，并与创面不产生粘连的三个必要条件。临床也证明了创面愈合后，活化珍珠层粉能自行收缩、脱落，与新生组织不产生粘连这一具有重要临床价值的特性。可见，由河蚌不同组织的提取物分别形成的可吸收再生材料及不可吸收的再生材料。将两者再加以复合，便可构成全新的复合引导再生材料，是更有利于皮肤组织的修复与创面的愈合。这一全新的复合生物材料的研制，在功能与结构上更具有合理性，更充分地发挥各成分的作用与整体的优势，并且也是对河蚌这一特殊资源更具深层次的开发。
8、开发本项目的意义
其社会意义主要体现在：
①该项目具有独创性、新颖性。表现在复合材料中，可吸收再生材料及不可吸收再生材料都为天然生物材料；其主要成分都源于河蚌不同组织的提取物；充分运用物理场进行提取、活化等。所以这种独创、新颖之处或可填补组织工程领域的空白。
②该项目拥有完全自主的知识产权，可形成多个专利，是对组织工程中其它国家如美国、日本等国家的技术垄断地位的一次突破。
③该项目应用领域广，除可用于烧烫创伤、难愈溃疡的组织再生、创面愈合，还可应用于美容、修复及外用保健等领域。
④可初步认定，未来的产品成本低、操作方便，有利于推广使用。
其经济意义主要体现在：
① 由于适用人群广、市场大，所以可形成规模化的经济效益（参见《活化珍珠层粉项目的可行性分析》及《河蚌多糖项目的可行性分析》）；
② 该项目体现了对河蚌资源的深层次开发，由此可带动以河蚌为资源的生物产业（参见《开发以河蚌为资源的生物产业》）。