組織工学
上記の技術の大部分は、気孔率および細孔サイズの制御に関しては制限がある。そのため、コンピュータでの設計や製造技術も、組織工学に導入されている。CADソフトウェアを用いて3次元構造が設計される。 多孔性は、ソフトウェアのアルゴリズムを使用し調整することができる。足場は、ポリマー粉末のインクジェット印刷や、ポリマー溶解液の熱溶解積層法(英語版)によってつくることもできる。
El-Ayoubiらによる2011年の研究発表に「治療的のための関節軟骨の置換えのための、コンピュータ支援設計(CAD)を使った固体自由形状形成(SSF)を用い、2つの異なる孔サイズをもつ、(生体適合性および生分解性の)ポリ-L-ラクチドマクロポーラスの足場(poly-L-Lactide macroporous scaffolds)を製造するための3Dプロット技術」がある。この研究は、バイオリアクター内の機械的ストレスと、小さい細孔径が、治療において、細胞生存率が高く移植に向いていることを見出した。
組織工学(そしきこうがく、英語: Tissue engineering、ティッシュエンジニアリング)とは、生物の組織を改善または置換するために、細胞を組み合わせたり、工学、特に材料工学の手法を取り入れたり、生化学的や物理化学的な因子を使うことである。例として、医療目的において生きた組織をつくり出す際に、細胞が育つ「足場」となる材料を使用する技術などが挙げられる。かつてはバイオマテリアルの一分野として分類されていたが、その範囲が拡大し、重要性が増してきたことから、それ自体、一分野とされる。
組織工学の定義は多くあり、広い範囲をカバーしたりもするが、実際には、この用語は、組織の一部または全部(すなわち骨、軟骨、血管、膀胱、皮膚、筋肉など)を修復または置換する医療と密接に関連して用いられる。しばしば、対象とする組織は、適切な機能をはたすために、ある種の機械的、構造的な特性を必要とする。組織工学の用語は、人工的につくられたシステム(例えば、人工膵臓や人工肝臓)内に細胞を用いて、特定の生化学的なはたらきをする試みにも適用されている。再生医療という用語は、組織工学と同義語として使用されることが多いが、再生医療に関わる者は、幹細胞または前駆細胞を用いて組織を生産することに重点を置いている。
多くの場合、機能をもつ組織や、生物学的構造をin vitroで作製するためには、細胞の生存、成長および機能の誘発を促進するために、さまざまな培養を必要とする。 一般に、細胞に基本的に必要なものは、酸素、pH、湿度、温度、栄養素および浸透圧の維持であり、それらは培養の条件によって維持されなければならない。
組織工学において、培養条件をどのようにするかというのは、大きな問題である。標準的な細胞培養においては、「拡散」が、しばしば栄養素および代謝産物輸送の唯一の手段である。 しかしながら、臓器や、組織全体の場合のように培養する物がより大きく複雑になるにつれて、培養物を維持するためには、組織内の毛細血管網の形成のように、他の機構を使用する必要がある。
組織培養では、機能を誘発するために、適切な因子または刺激を与える必要があり、それも問題となっている。多くの場合、単純な培養では不十分である。成長因子、ホルモン、特定の代謝物または栄養素、化学的および物理的刺激が必要な場合がある。例えば、特定の細胞は、酸素濃度の変化に応答し、骨格の分化において、軟骨細胞は、正常な発生の過程で、低酸素状態または低酸素に適応しなければならない。他の例では、内皮細胞のようなものは、血管で遭遇する液体の流れによる、「流れに流されてしまいそうになるストレス(shear stress)」に応答する。圧力パルスなどの機械的刺激は、心臓弁、血管または心膜のようなあらゆる種類の心臓血管組織に有益であるようである。
2013年には、東京大学のグループが、長くて長さ1メートル程度、太さ100 μm程度の細胞を含んだ繊維を開発した。これらの繊維は、2つの層流を形成するマイクロ流体装置を使用して作製された。マイクロ流体装置の2つの層には、(細胞外マトリックスとしてハイドロゲルに播種された細胞、および最終的に塩化カルシウム溶液)の各「層」がある。播種した細胞をハイドロゲル内で数日間培養し、次にそれを生存可能な細胞繊維に取り込む。様々な細胞タイプ、筋細胞、内皮細胞、神経細胞繊維、および上皮細胞繊維を含む細胞外マトリックスを繊維に取り込んだ。このグループは、これらの繊維を織り、繊維をおるのと同様の機構で組織または器官を製造することができることを示した。繊維状の形態は、伝統的な足場設計とは異なる手法であり、筋肉などは繊維細胞から構成されていることもこの手法の有利な点である。