‘壹’ 近几年生物学新发展的资料有什么
是2 观察法
研究方法
生物学的一些基本研究方法——观察描述的方法、比较的方法和实验的方法等是在生物学发展进程中逐步形成的。在生物学的发展史上,这些方法依次兴起,成为一定时期的主要研究手段。现在,这些方法综合而成现代生物学研究方法体系。
观察描述的方法 在17世纪,近代自然科学发展的早期,生物学的研究方法同物理学研究方法大不相同。物理学研究的是物体可测量的性质,即时间、运动和质量。物理学把数学应用于研究物理现象,发现这些量之间存在着相互关系,并用演绎法推算出这些关系的后果。生物学的研究则是考察那些将不同生物区别开来的、往往是不可测量的性质。生物学用描述的方法来记录这些性质,再用归纳法,将这些不同性质的生物归并成不同的类群。18世纪,由于新大陆的开拓和许多探险家的活动,生物学记录的物种几倍、几十倍地增长,于是生物分类学首先发展起来。生物分类学者搜集物种进行鉴别、整理,描述的方法获得巨大发展。要明确地鉴别不同物种就必须用统一的、规范的术语为物种命名,这又需要对各种各样形态的器官作细致的分类,并制定规范的术语为器官命名。这一繁重的术语制定工作,主要是C.von林奈完成的。人们使用这些比较精确的描述方法收集了大量动、植物分类学材料及形态学和解剖学的材料。
比较的方法 18世纪下半叶,生物学不仅积累了大量分类学材料,而且积累了许多形态学、解剖学、生理学的材料。在这种情况下,仅仅作分类研究已经不够了,需要全面地考察物种的各种性状,分析不同物种之间的差异点和共同点,将它们归并成自然的类群。比较的方法便被应用于生物学。
运用比较的方法研究生物,是力求从物种之间的类似性找到生物的结构模式、原型甚至某种共同的结构单元。G.居维叶在动物学方面,J.W.von歌德在植物学方面,是用比较方法研究生物学问题的着名学者。用比较的方法研究生物,愈来愈深刻地揭示动物和植物结构上的统一性,势必触及各个不同类型生物的起源问题。19世纪中叶,达尔文的进化论战胜了特创论和物种不变论。进化论的胜利又给比较的方法以巨大的影响。早期的比较,还仅仅是静态的共时的比较,在进化论确立后,比较就成为动态的历史的比较了。现存的任何一个物种以及生物的任何一种形态,都是长期进化的产物,因而用比较的方法,从历史发展的角度去考察,是十分必要的。
早期的生物学仅仅是对生物的形态和结构作宏观的描述。1665年英国R.胡克用他自制的复式显微镜,观察软木片,看到软木是由他称为细胞的盒状小室组成的。从此,生物学的观察和描述进入了显微领域。但是在17世纪,人们还不能理解细胞这样的显微结构有何等重要意义。那时的显微镜未能消除使影像失真的色环,因而还不能清楚地辨认细胞结构。19世纪30年代,消色差显微镜问世,使人们得以观察到细胞的内部情况。1838~1839年施莱登和施万的细胞学说提出:细胞是一切动植物结构的基本单位。比较形态学者和比较解剖学者多年来苦心探求生物的基本结构单元,终于有了结果。细胞的发现和细胞学说的建立是观察和描述深入到显微领域所获得的成果,也是比较方法研究的一个重要成果。
实验的方法 前面提到的观察和描述的方法有时也要对研究对象作某些处理,但这只是为了更好地观察自然发生的现象,而不是要考察这种处理所引起的效应。实验方法则是人为地干预、控制所研究的对象,并通过这种干预和控制所造成的效应来研究对象的某种属性。实验的方法是自然科学研究中最重要的方法之一。17世纪前后生物学中出现了最早的一批生物学实验,如英国生理学家W.哈维关于血液循环的实验,J.B.van黑尔蒙特关于柳树生长的实验等。然而在那时,生物学的实验并没有发展起来,这是因为物理学、化学还没有为生物学实验准备好条件,活力论还占统治地位。很多人甚至认为,用实验的方法研究生物学只能起很小的作用。
到了19世纪,物理学、化学比较成熟了,生物学实验就有了坚实的基础,因而首先是生理学,然后是细菌学和生物化学相继成为明确的实验性的学科。19世纪80年代,实验方法进一步被应用到了胚胎学,细胞学和遗传学等学科。到了20世纪30年代,除了古生物学等少数学科,大多数的生物学领域都因为应用了实验方法而取得新进展。
实验方法当然包含着对研究对象进行某种处理,然而更重要的则是它的思维方式。用实验的方法研究某一生命过程,要求根据已有事实提出假说,并根据假说推导出一个可以用实验检验的预测,然后进行实验,如果实验结果符合预测,就说明假说是正确的。在这里,假说必须是可以用实验加以验证的,而且只有经过实验的检验,假说才可能上升为学说或理论。实验方法的使用大大加强了研究工作的精确性。19世纪以来,实验方法成为生物学主要的研究方法后,生物学发生巨大变化,成为精确的实验科学。
20世纪,实验方法获得巨大发展,然而单纯观察或描述方法,仍然是生物学的基本研究方法。生物体具有多层次的复杂的形态结构。每一个历史时期都有形态描述的任务。20世纪30年代出现了电子显微镜,使观察和描述深入到超微世界。人们通过电子显微镜看到了枝原体和病毒,也看到了细胞器的超微结构。由于细胞是生命的最小单位,是生命活动的最小的系统,因而揭示它构造上的细节,对揭示生命的本质具有重大的意义。
比较的方法在20世纪也有新的进展,它已经不限于生物体的宏观形态结构的比较,而是深入到不同属种的蛋白质、核酸等生物大分子化学结构的比较,如不同物种的细胞色素 C的化学结构的测定和比较。根据其差异程度可以对物种的亲缘关系给出定量的估计。
生物学实验技术在20世纪突飞猛进。随着现代物理学、化学的发展,生物学新的实验方法纷纷出现。层析、分光光度法、电泳、超速离心、同位素示踪、X 射线衍射分析、示波器、激光、电子计算机等相继应用于生物学研究。细胞培养、细胞融合、基因操作、单克隆抗体、酶和细胞固定化以及连续发酵等新技术纷纷建立,使生物学实验中对条件的控制更为有效、严格,观察和测量更为精密,这就有可能详尽地探索生物体内物质的、能的和信息的动态过程。生物学实验技术的发展使生物学取得一系列辉煌的成就。由新型的实验技术发展而来的生物工程,包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程,已经成为当代新技术革命的重要内容。
实验研究往往带有分析的性质。生物学实验分析已经深入到分子的层次,生物大分子本身并不具有生命属性,只有这些生物大分子形成细胞这样复杂的系统,才表现出生命的活动。没有活的分子,只有活的系统。在每一个层次上,新的生物学规律总是作为系统的和整体的规律而出现的。对于生物学来说,既需要有精确的实验分析,又需要从整体和系统的角度来观察生命。1924~1928年L.von贝塔兰菲提出系统论思想,认为一切生物是时空上有限的具有复杂结构的一种自然系统。1932~1934年,他提出用数学和数学模型来研究生物学。半个世纪以来,系统论取得了很大发展,涌现出许多定量处理系统问题的数学理论。生物学也积累了大量关于各个层次生命系统及其组成成分的实验资料。今天,对生命系统的规律作出定量的理论研究已经提到日程上来,系统论方法将作为新的研究方法而受到人们的重视。
专家提供:
‘贰’ 生物工程技术包括哪些具体的内容
生物工程技术包括基因工程、DNA重组技术的物质基础、DNA重组技术的一般操作步骤、细胞工程。
1、基因工程
基因工程是指在基因水平上,按照人类的需要进行设计,然后按设计方案创建出具有某种新的性状的生物新品系,并能使之稳定地遗传给后代。基因工程采用与工程设计十分类似的方法,明显地既具有理学的特点,同时也具有工程学的特点。
生物学家在了解遗传密码是RNA转录表达以后,还想从分子的水平去干预生物的遗传。1973年,美国斯坦福大学的科恩教授,把两种质粒上不同的抗药基因"裁剪"下来,"拼接"在同一个质粒中。当这种杂合质粒进入大肠杆菌后,这种大肠杆菌就能抵抗两种药物,且其后代都具有双重抗菌性,科恩的重组实验拉开了基因工程的大幕。
DNA重组技术是基因工程的核心技术。重组,顾名思义,就是重新组合,即利用供体生物的遗传物质,或人工合成的基因,经过体外切割后与适当的载体连接起来,形成重组DNA分子,然后将重组DNA分子导入到受体细胞或受体生物构建转基因生物,该种生物就可以按人类事先设计好的蓝图表现出另外一种生物的某种性状。
2、DNA重组技术的物质基础
(1)目的基因
基因工程是一种有预期目的的创造性工作,它的原料就是目的基因;所谓目的基因,是指通过人工方法获得的符合设计者要求的DNA片段。在适当条件下,目的基因将会以蛋白质的形式表达,从而实现设计者改造生物性状的目标。
(2)载体
目的基因一般都不能直接进入另一种生物细胞,它需要与特定的载体结合,才能安全地进入到受体细胞中。目前常用的载体有质粒、噬菌体和病毒。
质粒是在大多数细菌和某些真核生物的细胞中发现的一种环状DNA分子,它位于细胞质中。许多质粒含有在某种环境下可能是必不可少的基因。
噬菌体是专门感染细菌的一类病毒,由蛋白质外壳和中心的核酸组成。在感染细菌时,噬菌体把DNA注入到细菌里,以此DNA为模板,复制DNA分子,并合成蛋白质,最后组装成新的噬菌体。当细菌死亡破裂后,大量的噬菌体被释放出来,去感染下一个目标。
质粒、噬菌体和病毒的相似之处在于,它们都能把自己的DNA分子注入到宿主细胞中并保持DNA分子的完整,因而,它们成为运载目的基因的合适载体。因此,基因工程中的载体实质上是一些特殊的DNA分子。
(3)工具酶基因工程需要有一套工具,以便从生物体中分离目的基因,然后选择适合的载体,将目的基因与载体连接起来。DNA分子很小,其直径只有20埃(10-10米)。基因工程实际上是一种“超级显微工程”,对DNA的切割、缝合与转运,必须有特殊的工具。
1968年,科学家第一次从大肠杆菌中提取出了限制性内切酶。限制性内切酶最大的特点是专一性强,能够在DNA上识别特定的核苷酸序列,并在特定切点上切割DNA分子。70年代以来,人们已经分离提取了400多种限制性内切酶。有了它,人们就可以随心所欲地进行DNA分子长链切割了。表4-3是一些限制性内切酶的识别位点
1976年,5个实验室的科学家几乎同时发现并提取出一种酶,作DNA连接酶。从此,DNA连接酶就成了 “粘合”基因的“分子粘合剂”。
3、DNA重组技术的一般操作步骤
一个典型的DNA重组包括五个步骤:
(1)目的基因的获取
目前,获取目的基因的方法主要有三种:反向转录法、从细胞基因组直接分离法和人工合成法。
反向转录法是利用mRNA反转录获得目的基因的方法。现在用这种方法人们已先后合成了家兔、鸭和人的珠蛋白基因、羽毛角蛋白基因等。
从细胞基因组中直接分离目的基因常用"鸟枪法",因为这种方法犹如用散弹打鸟,所以又称"散弹枪法"。用"鸟枪法"分离目的基因,具有简单、方便和经济等优点。许多病毒和原核生物、一些真核生物的基因,都用这种方法获得了成功的分离。
化学合成目的基因是20世纪70年代以来发展起来的一项新技术。应用化学合成法,可在短时间内合成目的基因。科学家们已相继合成了人的生长激素释放抑制素、胰岛素、干扰素等蛋白质的编码基因。
(2)DNA分子的体外重组
体外重组是把载体与目的基因进行连接。例如,以质粒作为载体时,首先要选择出合适的限制性内切酶,对目的基因和载体进行切割,再以DNA连接酶使切口两端的脱氧核苷酸连接。于是目的基因被镶嵌进质粒DNA,重组形成了一个新的环状DNA分子(杂种DNA分子)。
(3)DNA重组体的导入
把目的基因装在载体上后,就需要把它引入到受体细胞中。导入的方式有多种,主要包括转化、转导、显微注射、微粒轰击和电击穿孔等方式。转化和转导主要适用于细菌一类的原核生物细胞和酵母这样的低等真核生物细胞,其他方式主要应用于高等动植物的细胞。
(4)受体细胞的筛选
由于DNA重组体的转化成功率不是太高,因而,需要在众多的细胞中把成功转入DNA重组体的细胞挑选出来。应事先找到特定的标志,证明导入是否成功。 例如,我们常用抗生素来证明证明导入的成功。
(5)基因表达
目的基因在成功导入受体细胞后,它所携带的遗传信息必须要通过合成新的蛋白质才能表现出来,从而改变受体细胞的遗传性状。目的基因在受体细胞中要表达,需要满足一些条件。
例如,目的基因是利用受体细胞的核糖体来合成蛋白质,因此目的基因上必须含有能启动受体细胞核糖体工作的功能片段。
这五个步骤代表了基因工程的一般操作流程。人们掌握基因工程技术的时间并不长,但已经获得了许多具有实际应用价值的成果。基因工程作为现代生物技术的核心,将在社会生产和实践中发挥越来越重要的作用。
4、细胞工程
关于细胞工程的定义和范围还没有一个统一的说法,一般认为,细胞工程是根据细胞生物学和分子生物学原理,采用细胞培养技术,在细胞水平进行的遗传操作。细胞工程大体可分染色体工程、细胞质工程和细胞融合工程。
细胞培养技术是细胞工程的基础技术。所谓细胞培养,就是将生物有机体的某一部分组织取出一小块,进行培养,使之生长、分裂的技术。细胞培养又叫组织培养。近二十年来细胞生物学的一些重要理论研究的进展,例如细胞全能性的揭示,细胞周期及其调控,癌变机理与细胞衰老的研究,基因表达与调控等,都是与细胞培养技术分不开的。
体外细胞培养中,供给离开整体的动植物细胞所需营养的是培养基,培养基中除了含有丰富的营养物质外,一般还含有刺激细胞生长和发育的一些微量物质。培养基一般有固态和液态两种,它必须经灭菌处理后才可使用。此外,温度、光照、振荡频率等也都是影响培养的重要条件。
(2)生物工程最新发生了什么进展扩展阅读:
生物工程,是20世纪70年代初开始兴起的一门新兴的综合性应用学科。
所谓生物工程,一般认为是以生物学(特别是其中的微生物学、遗传学、生物化学和细胞学)的理论和技术为基础,结合化工、机械、电子计算机等现代工程技术,充分运用分子生物学的最新成就,自觉地操纵遗传物质,定向地改造生物或其功能,短期内创造出具有超远缘性状的新物种,再通过合适的生物反应器对这类“工程菌”或“工程细胞株”进行大规模的培养,以生产大量有用代谢产物或发挥它们独特生理功能一门新兴技术。
生物工程包括五大工程,即遗传工程(基因工程)、细胞工程、微生物工程(发酵工程)、酶工程(生化工程)和蛋白质工程。
在这五大领域中,前两者作用是将常规菌(或动植物细胞株)作为特定遗传物质受体,使它们获得外来基因,成为能表达超远缘性状的新物种——“工程菌”或“工程细胞株”。
后三者的作用则是这一有巨大潜在价值的新物种创造良好的生长与繁殖条件,进行大规模的培养,以充分发挥其内在潜力,为人们提供巨大的经济效益和社会效益。
‘叁’ 现今生物工程技术有什么最新成就
随着分子生物学的兴起和向各方面的渗透,生物科学的各分支学科也经历着兴衰更替的变化。从目前的发展状况来看,分子生物学仍将保持带头分支学科的地位,重点研究的领域是:生物大分子的结构和功能的研究;真核生物基因及基因表达调控的研究;分子神经生物学的研究;医学分子生物学的研究;植物分子生物学的研究;分子进化的研究,等等。由此可见,分子生物学带动了整个生物科学的全面发展,这是当代生物科学的一个显着特点和发展趋势。
现代生物科学的发展,是生物科学与数学、物理学、化学等科学之间相互交叉、渗透和相互促进的结果。其他相关科学推动了生物科学对生命现象和本质的研究不断深入和扩大,生物科学的发展也为其他相关科学提出了许多新的研究课题,开辟了许多新的研究领域。可见,生物科学与有关科学的高度的双向渗透和综合,也已经成为当代生物科学的一个显着特点和发展趋势。
现代生物科学的新进展,许多是在采用先进的技术和手段的条件下取得的,这些新技术有:DNA重组技术,DNA合成技术,快速DNA序列测定技术,蛋白质人工合成技术,蛋白质序列测定技术,核酸分子杂交技术,限制性内切酶片段长度多样性技术,反义RNA技术,聚合酶链反应扩增技术,单克隆抗体技术,脉冲电泳技术,磁力共振技术,扫描隧道和原子力显微技术,同步辐射技术,电子计算机技术,等等。可见,研究技术和手段的革新是当代生物科学的另一个显着特点和发展趋势。
近些年来,生态学的研究特别引起人们的关注。由于人类在全球的生存条件日趋恶化,生态学正与数学、地球科学等学科联合起来,研究地球各个圈层的相互作用及其引起的全球变化。随着分子生物学的发展,生物学家也开始在分子水平上研究生物与环境的关系。这种宏观与微观两方面的发展和结合是当代生态学发展的一个重要特征。生态学正在成为指导未来全球经济持续发展的准则和科学依据。可见,对生态学研究的高度重视,也是当代生物科学的一个显着特点和发展趋势。
‘肆’ 生物工程的最新进展
基因工程改造的细胞可使肿瘤变小
‘伍’ 根据你所学的知识,简要举例说明生物学的新进展
1、生物工程在医药方面有着广泛的应用。例如,长期以来,预防乙型肝炎的疫苗是从乙肝病毒携带者的血液中提取和研制的,这样的疫苗生产周期长,产量低,价格昂贵。
现在,采用生物工程的方法,将乙肝病毒中的有关基因分离出来,引人细菌的细胞中,再采用发酵的方法,或者引人哺乳动物的细胞中,再采用细胞培养的方法,就能让细菌或哺乳动物的细胞生产出大量的疫苗。
中国研制的生物工程乙肝疫苗已经在1992年投放市场,在预防乙型肝炎中发挥了重要作用。除乙肝疫苗以外,还有抑制病毒在细胞内增殖的干扰素等多种生物工程药物已经问世。
2、生物工程在农业生产上的应用前景更为诱人,1988年,中国科学家人工合成了抗黄瓜花叶病毒的基因,并且将这种基因导人烟草等作物的细胞中,得到了抵抗病毒能力很强的作物新系,1989年,中国科学家成功地将人的生长激素基因导人鲤鱼的受精卵中,培育成转基因鲤鱼。
3、生物工程在开发能源和环境保护等方面同样有着广泛的应用。知道,煤炭、石油等能源终将枯竭,目前全世界已经面临着能源危机。使用煤炭、石油等能源,还造成严重的环境污染。
因此,科学家们正在努力探索开发新的能源,其中很重要的一个方面就是用生物工程开发生物能源。美国科学家在1978年成功地培育出能直接生产能源物质的植物新品种——“石油草”,这种植物的茎秆被割开后,就会流出白色乳状的液体,经提炼就得到石油。
4、生态学方面生态学是研究生物与其生存环境之间相互关系的科学。20世纪60年代以来,人类社会面临的人口爆炸、环境污染、资源匮乏、能源短缺和粮食危机等问题日益突出。要解决这些问题,都离不开生态学。因此,生态学的研究受到高度重视,并且取得了显着的进展。
(5)生物工程最新发生了什么进展扩展阅读:
学科分支:
1、动物学领域
动物学-动物生理学-解剖学-胚胎学-神经生物学-发育生物学-昆虫学-行为学-组织学
2、植物学领域
植物学-植物病理学-藻类学-植物生理学
3、微生物学/免疫学领域
微生物学-免疫学-病毒学
4、生物化学领域
生物化学-蛋白质力学-糖类生化学-脂质生化学-代谢生化学
5、演化及生态学领域
生态学-生物分布学-系统分类学-古生物学-演化论-分类学-演化生物学
6、现代生物技术学领域
生物技术学-基因工程-酵素工程学-生物工程-代谢工程学-基因体学
7、细胞及分子生物学领域
分子生物学- 细胞学-遗传学
8、生物物理领域
生物物理学-结构生物学-生医光电学-医学工程
9、生物医学领域
感染性疾病-毒理学-放射生物学-癌生物学
10、生物信息领域
生物数学-仿生学-系统生物学
11、环境生物学领域
大气生物学-生物地理学-海洋生物学-淡水生物学
参考资料来源:网络-生物科学
‘陆’ 生物科学有哪些新进展
生物学家通常采用观察和实验的方法研究生命现象。
科学家从很多方面研究生物,因此产生很多研究领域。例如:
原子和分子方向:分子生物学、生物化学、结构生物学。
细胞方向:细胞生物学、微生物学、病毒学。
多细胞方向:生理学、发育生物学、组织学。
宏观方向:生态学、演化生物学。
美国马萨诸塞州综合医院的研究人员成功地制造出了全世界首个活的“细胞激光器”——他们利用表达了绿色荧光蛋白(GFP)的肾脏细胞制造出了一种纳秒级的激光脉冲,用单个活细胞作为增益介质产生了激光.首先,将其植入活的动物体内,将大大提高透视扫描的精确度,医生将也能借助这种体内激光而不是体外扫描来判断癌症病灶的情况;
其次,由于不同细胞结构产生的激光在光学性质上有差异,可以通过分析最后得到的光来研究细胞和机体组织;
再次,目前医学上有一种光动力疗法,可把对光敏感的药物送到要医治的机体部位,然后用光照来激发药效,最新研制出的这种“细胞激光器”也许可以增进这种疗法
2011年5月,在《血液》上刊发的论文显示:一名白血病患者在进行骨髓移植后,竟意外地治愈了艾滋病,这被称为世界上首例艾滋病“痊愈”患者。2011年11月30日,《自然》杂志刊登美国加州理工学院大卫·巴尔的摩教授的研究论文:小鼠一次性肌肉注射含有抗体基因的病毒载体后,便可对HIV病毒长期免疫。通过使用一种经过改造的腺病毒,可以在实验鼠肌肉细胞的基因序列中加入一段代码,使得肌肉细胞能够生成和分泌一些抗体。这些抗体具有帮助机体抑制艾滋病病毒的作用,最初是在一些对艾滋病有抵抗力的患者体内分离得到的。
“抗逆转录病毒药物治疗可以同时预防HIV”列《Science》杂志”世界十大科技进展”第一位,这项研究由美国北卡州立大学的研究人员完成。
艾滋病病毒(HIV)感染者如果在患病初期就接受抗逆转录病毒药(ARVs)治疗,那么其将病毒传染给异性伴侣的几率减少96%。该研究结果结束了长期以来人们存在的关于抗逆转录病毒药物的早期治疗是否同时具有治疗艾滋病患者和减少HIV传播双重功效的争论。
将药物递送入大脑细胞内一直是医生治疗脑神经疾病时面临的重大挑战。目前,治疗脑神经疾病面临的挑战之一是找到让药物突破血脑屏障的方法。血脑屏障是介于血液和脑组织之间的屏障结构,其对血液中的物质进入大脑具有选择性通透的作用,然而,血脑屏障也将药物阻挡在外,成为科学家治疗脑神经疾病时的障碍。
在最新研究中,牛津大学的科学家使用实验鼠体内的运载蛋白——外来体将药物直接递送到了实验鼠的大脑细胞内,突破了这道屏障。最近,英国科学家研发出了一种能将药物直接递送入大脑细胞内的方法,攻克了治疗阿尔茨海默病、帕金森病和肌肉萎缩症的重大障碍。
日本庆应大学一个研究小组最新报告说,他们利用两名健康百岁老寿星死后的皮肤细胞,成功培育出诱导多功能干细胞(iPS细胞)。皮肤细胞在人死后大约两天内依然“存活”,庆应大学教授铃木则宏等人征得家属的同意后,从两名105岁以上的“健康长寿”死者身上分别采集了皮肤细胞,并且培育出了没有疾病性质的正常的iPS细胞,而且使其分化成神经细胞。
由于样本采集自没有重病、极其健康的高寿老人遗体,用它们作为比照对象,有望帮助阿尔茨海默氏症等疾病的早期诊断,或帮助医学人员开发出相关疾病的早期预防药物。
‘柒’ 生物制造工程的现状进展
体外再造具有一定生理生化功能的人体组织器官,达到修复或重建病损组织器官,是人类有史以来便具有的一个梦想,也是生物制造工程的长远目标。经过许多科学家努力,人造器官由最早的机械性的,演变到后来的半机械性半生物性,再发展到今天制造完全类似于天然器官的全生物型人造组织器官。
现阶段,研究人员还没有掌握自然界那样极精湛的技能。复制人体器官需要循序渐进,首先从单一组织入手,经过复杂组织,功能性组织,向部分和全部器官推进。目前,已在前几个阶段取得突破性的研究进展。不降解非生物相容的生物医学模型的应用已进入临床应用阶段,例如中国北京时代天使生物技术公司的牙隐型校正器现在已经开始大规模生产与应用
颅骨、骨盆、颌面修复用的生医物理模型应用已经十分普遍;用于复杂骨外科(如车祸、战伤等)手术的原位物理模型逐渐成为骨外科医生的不可缺少的参考模型和手术预演器械。植入人体内的生物相容性良好、非降解支架和假体的个性化制造已是比较成熟的技术。如金属(或非金属)假肢以及它们与活体的界面进一步活性化的应用正在逐渐推广。这些都从生物制造的发展中受益,并已形成一个以生物制造为核心的技术研究与产品开发方向。
采用生物可降解、生物相容性好的生物材料的组织工程支架的研究和制造正在广泛地开展。目前,结构性组织工程已经取得了相当的成果。结构性组织是指皮肤、骨、软骨、肌肉和肌腱等一类细胞较为单一,结构相对简单的组织,其构建已取得很大进展。现阶段国内外都在大力发展建设结构组织工程。从上世纪90年代起,我国就在“973”、“863”、国家自然科学基金等重大国家计划中进行了重点支持,目前已在国际上占有一席之地。早在1994年。上海第二医科大学就成功地在裸鼠背培育出入耳廓样软骨,在国际上引起了强烈反响。上海组织工程研究与开发中心还成功地实施数起皮肤和骨骼修复手术。清华大学和第四军医大学全军骨科研究所及中国科学院化学研究所合作,开展快速成形组织工程的研究,在骨、软骨等组织工程中取得了良好的效果。
在全功能内脏器官方面,由于其结构复杂,涉及细胞种类数量众多,细胞和组织的调控及再生机理尚不很明确,血管网的构建尚未很好解决,如何在体外实现人工制造并获得类似天然器官功能的表达,其机理还待继续研究和阐明。血管重建在复杂器官的体外构建中具有十分重要的意义。国内外都进行了各种途径的尝试,并有部分产品面市,但如何应用于器官重建,还有很长一段路需要走。国内以清华大学的研究为例,研发了多分支、多层结构血管支架的RP溶芯.沉积成形技术。国内外针对各种内脏器官的修复和构建,已进行了近二十年的研究,取得卓有成效的进展。近年来,具有一致跳动性类似心肌组织功能的组织工程心肌片或心肌条已被成功构造。代表性工作有以色列特拉维夫大学,美国哈佛大学和麻省理工学院,德国埃尔兰根一纽伦堡大学,以及13本东京女子医科大学。国内军事医学科学院,清华大学生物制造工程中心等。这些结果,为大尺度结构心肌组织的缺损修复带来了希望,也为药物筛选、心脏电生理的研究提供了方便。