临床专业本科生开设组织工程课程的必要性

李栎 唐历波

[摘 要]比对国内外组织工程在研究领域的迅猛发展，其相关教学显得格外滞后。通过分析国内外组织工程教学现状及其在临床医学中的地位与作用，提出面向临床医学专业本科学生开设组织工程课程的必要性，并就目前临床医学专业本科学生开设组织工程课程存在的问题进行分析，以期促进组织工程教学工作在临床医学专业本科教育中的开展。

[关键词]组织工程；临床医学专业；教学改革

[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2018）10-0068-03

組织工程是应用生命科学与工程学的原理与技术，在正确认识哺乳动物的正常及病理两种状态下的组织结构与功能关系的基础上，研究、开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态的生物替代物的一门新兴学科。组织工程的应用目标是构建人工器官，从形态、结构和功能上对组织、器官丧失或功能障碍进行永久性地置换和替代，从而促进人体健康、长寿，提高生命的质量。可见，这一学科的应用领域直接与临床医学和人类健康密切相关，在今后的几十年中，组织工程将成为临床医学的一个重要组成部分，并可能被列于目前的药物治疗方法。可见，面向临床医学专业本科学生开设组织工程课程是十分必要的。学生通过本门课程的学习可以了解组织工程学科的最新研究状况，掌握组织工程的基本原理、主要应用范畴及基本研究技能，从而有助于学生在今后的临床工作中更好地将组织工程成果运用于临床当中，以推动医疗技术的发展。

一、组织工程概况及教学发展现状

1987年，在美国华盛顿召开的美国国家科学基金会议的生物工程小组讨论会中正式提出了组织工程这个概念。作为一门新生的学科，组织工程自诞生以来就一直受到广泛关注。美国、日本、新加坡、中国等都投入高额的研究资金及大量的专业人才来推动这个学科的发展。经过近三十多年的发展，组织工程无论在基础研究、临床应用和市场转化方面都取得了非常大的发展，其研究成果已经在很大程度上改变了临床治疗思路，使大量病人受益。与研究领域的迅速发展相比，组织工程教学的开展显得格外的滞后，主要作现在以下几个方面。

（一）开设的专业及对象极其有限

组织工程学课程的开设，国内外的情况大体相同，即仅在少数的综合性大学及医学类院校开设，并多为选修课，其面对的教学对象主要有三类。第一类是生物类及医学类的研究生。目前，组织工程课程开设对象主要是硕士研究生。例如，中国医科大学、第四军医大学、第二军医大学、江苏大学面对硕士研究生开设组织工程选修课[1][2][3][4]。在英国，Keele医学院和医学科学与技术研究所（ISTM）为医学类硕士研究开设了细胞与组织工程课程。这一类学生中的大部分在今后的研究中将或多或少的接触到组织工程的相关知识或技术，他们希望通过学习本门课程开拓自己的研究思路和技术方法，从而有助于自身科研工作的顺利开展。第二类是生物类本科学生，主要是生物工程、生物科学及生物技术专业的本科学生。耶鲁大学为生物医学工程专业的本科生开设了生物医学工程探索，本课程共25学时，其中组织工程仅占2学时。而国内，生物工程类学生安排的学时会较其他专业多，教学内容涉及的面也会更广些。例如，暨南大学针对生物医学工程专业的本科生开设组织工程选修课，其理论课与实验课分别为36学时。而对于生物技术专业的学生，开设的学时数要少一些，例如，第二军医大学生物技术专业开设的组织工程理论课24学时，实习课3学时。中国医科大学为生物医学工程及生物科学与生物技术专业的学生开设组织工程的学时数为44学时，包括理论课24学时和实验课20学时。上面这两所学校开设组织工程都有十几年的时间，在开设中他们发现，组织工程课程对相关专业本科学生的培养很有必要，因此，目前这两门课程均以必修课开设。第三类是医学类及药学类的本科学生，面向这类学生开展组织工程课程教学的学校更是少之又少。南方医科大学组织工程学教课对象仅为基础医学本科学生，江苏大学为药学专业本科生开设选修课程干细胞与组织工程学。

（二）没有供教学使用的合适教材

目前，组织工程书籍多以专著为主，教科书呈现数量严重不足，适用性不佳的局面。比如，胡敏主编一的研究生教材《人体组织工程学》，由于各校的研究生专业与培养方向差异较大，因此该书的使用率并不高。而由熊党生主编的《生物材料与组织工程》一书，第1章到第7章为生物材料内容，组织工程内容较少，仅涉及皮肤、骨、 肌腱和韧带的组织工程，对于临床专业的学生并不适用。另外，由柏树令主编的《组织工程学教程》，该书供组织工程学、生物医学工程、生物科学与生物技术专业使用，对于临床专业的本科学生而言，可将该书与组织工程的临床研究与应用相关的内容做一定的补充。

（三）对任课教师的要求高

组织工程学是一门涉及细胞生物学、材料学、工程学、生物化学、免疫学、发育生物学、分子生物学、临床医学及伦理学等多学科交叉的新学科，其研究领域覆盖面之广、涉猎学科之多是其他学科所无法比拟的。这就为组织工程学的教师提出了较高的要求。组织工程学教师要在掌握丰富的专业知识的基础上，具备完善的知识结构和广博的知识面。但目前担任组织工程学授课的教师主要是从事生物医学领域教学和研究的人员，他们具有一定的生物学和医学方面的知识背景，但对于工程学与材料学方面的知识储备明显不足。另外，近年来由于材料学的迅速发展，一些材料学专业的人才也加入了组织工程的教师队伍中，补充了本门课程在材料学方面的短板。但值得注意的是，这些材料学专业的教师往往来自于综合性大学，他们又缺少医学知识背景。因此，对于教师的进一步培养是急待解决的问题。

二、组织工程在临床医学中的地位与作用

（一）巨大的患者需求

据统计，美国每年有4000多亿美元的资金花在了有器官及组织损害的病人身上，这几乎占了美国医疗费用的一半。美国的医院每年要为这些病人作800万例次手术，但这并不能挽救每一个人的生命，每年约有4000人在等待器官移植时死亡，还有10万人在未被列入等待器官移植时就已死亡[5]。在我国，每年烧伤患者有上百万人，加上日益增多的交通伤亡人数，需要修补的器官组织损伤越来越多，器官供求之间的不平衡矛盾越发突出。患者的需要就是科学工作者的研究方向，也是临床医生需要掌握的为病人服务的新的医疗手段。

（二）组织工程临床研究及应用现状

组织工程的终极目标就是为患者提供功能性组织和器官。组织工程学科的发展极大地丰富了外科治疗手段，促进了临床医学发展。目前，组织工程的研究和探索涉及的组织器官包括皮肤、骨、软骨、神经、肝脏、胰脏、肌肉、肌腱、角膜、脂肪、血管、耳、手、鼻、喉、气管等。与之相关的临床学科包括骨科、普外科、五官科、康复医学科、泌尿科、口腔颌面外科、神经外科、整形外科、胸外科等。

在众多的组织工程研究中，组织工程皮肤发展最为成熟。人造生物皮肤是世界上第一種获得FDA（美国食品和药物管理局）批准的组织工程产品[6]。2007年，中国国家食品药品监督管理局（SFDA）批准了中国首个组织工程学产品：由西安第四军医大学研究人员开发的ActivSkin。这使得中国成为世界上继美国之后第二个持有这一人工皮肤技术的国家[7]。另外，在欧美、日本已将人造皮肤应用于临床，其在治疗大面积皮肤缺损、顽固性溃疡和严重烧伤患者方面取得了较好的疗效，现已进入商品化生产。而真正意义上的组织工程软骨的临床应用早在1994年就已在美国开展，美国FDA 已批准自体关节软骨细胞移植用于修复关节小区软骨缺损[8]。1998年至今，大量的组织工程骨应用于临床，随着骨组织工程技术的日益成熟，组织工程骨有可能成为骨缺损修复的主要方法。与此同时，肌肉、肌腱、心脏瓣膜、管状结构、神经、肝脏、角膜、膀胱等组织工程器官的临床应用也在大量的开展。

随着基础研究和临床应用的深入发展，组织工程化组织、器官将成为临床治疗组织、器官损伤必不可少的治疗手段。组织工程在临床上的应用需要临床医生对组织工程基本原理及相关问题具备一定的认识。因此，对临床专业学生开展组织工程教学是十分必要的。

三、组织工程教学的具体实施

（一）明确课程定位，制定有针对性的培养目标，以保证教学质量

组织工程学综合了材料学、医学、生物学和工程学的基本理论和方法，因此要求学生在学习本门课程之前，进行相关课程的学习，如解剖学、组织胚胎学、细胞生物学等，以便学生理解和掌握学科内容。所以我们面对的开课对象是本科临床专业大三学生。

本门课程的培养目标是，让学生掌握组织工程的基础理论；基本知识及基本技能；熟悉组织工程化组织器官在临床应用中所存在的问题和挑战；了解目前重要组织器官构建的研究进展及其临床应用情况。

应建立与完善以种子细胞、生物材料、微环境调控三大组织工程基本要素为主线的组织工程课程体系，保证教学内容的基础性与概括性，突出科学的思维方法与研究方法、培养学生的创新思维与能力。

（二）正确把握教学内容有助于提高教学效率

组织工程涉及学科众多，针对临床医学本科学生，要将所有涉猎的学科内容详细学习不现实也是不可行的。根据组织工程的学科特点，应突出其在临床上的研究与应用。我们将侧重教授两部分内容：一是组织工程基础理论，基本知识及基本技能；二是重要的组织器官构建研究及其临床应用。因此，我们将此门课程命名为医学组织工程。

（三）合理的教学方式是保证教学质量的关键

目前，国内外组织工程的教学方式主要为理论讲授。而本课程采用的教学方式是在理论课的基础上，以实践为主。本课程实践课程安排27个学时，在这27个学时中，学生将进行从种子细胞分离、鉴定；脱细胞基质材料制备；细胞在支架材料上的培养；培养微环境调节；到最终的培养物大鼠活体移植及移植后相关检测的全过程。通过实践课程的学习，学生将对组织工程的一般程序有一个感性的认知，这在培养学生动手能力的同时有助于学生对理论课内容的掌握。另外，移植后的检测结果有助于学生理解组织工程器官在临床应用中存在的问题，激发学生去寻求解决办法的兴趣。在18个学时的理论课中，我们分两个模块进行讲授。第一个模块主要包括种子细胞、生物材料、生长因子三大组织工程基本要素。第二个模块主要对不同组织器官的具体特点与结构要求，各组织器官组织工程研究进展进行讲授，并联系重建组织器官在临床上存在的问题及应用前景展开学习。

另外，我们将医学伦理与科技道德贯穿于整个教学活动中。通过阐述组织工程研究与临床实践中典型的医学伦理与科技道德问题，以及组织工程产品标准的制定及相关的医疗法规体系的完善等问题来培养学生的伦理辨别能力和科技道德意识，锻炼他们的伦理决策能力和伦理评价能力。

四、展望

随着组织工程学的迅猛发展，将会有越来越多的工程化组织与器官进入临床研究与应用。临床医生具备一定的组织工程知识将有利于相关问题的解决，推动组织工程化组织器官的临床应用。大学是培养人才的理想场所，故在大学本科期间面对临床医学专业本科生开设组织工程课程势在必行。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 田晓红， 柏树令， 敖强， 等.中国医科大学组织工程学教学的回顾与展望[J].解剖学杂志，2016（6）：768-769.

[2] 聂鑫， 刘鲁川， 杨茂进， 等.研究生组织工程学科教育及其特点分析[J].西部医学，2009（1）：161-162

[3] 熊绍虎， 杨向群， 张传森.组织工程教学实践与思考[J].解剖学杂志，2009（4）：576-577.

[4] 张志坚.交叉学科干细胞与组织工程学的课程创建和教学改革探讨[J].基础医学教育，2015（9）：752-755.

[5] 杨志明主编.组织工程[M].北京：化学工业出版社，2002.

[6] 柏树令，顾晓松，张传森主编.组织工程学教程[M].北京：人民军医出版社，2009.

[7] M Hvistendahl.China's push in tissue engineering[J].Science， 2012， 338 （6109） ：90.

[8] 王佃亮.组织工程的临床研究——组织工程连载之五[J].中国生物工程杂志，2014（10）：114-120.

[责任编辑：陈 明]