人类的科技在给环境带来很多改造和便利的时候，也让生命活动或者社会活动里出现各种意外和疾病的可能性变大了。先天性或者后天得的病，会让人体器官和组织的功能不正常、有障碍、受伤甚至缺失，这样就会威胁到人类正常的生命活动。据统计，美国在 21 世纪初的时候，每年花在组织损伤和器官衰竭患者身上的医疗费用加起来超过 4000 亿美元。就算已经有比较先进的孕前基因筛选技术，新生儿先天性疾病的发病率还是医学研究里的一个大难题。所以，组织和器官的重建修复，从上个世纪 90 年代开始就成了医学家们特别关注的临床问题。

朗格（Langer）和瓦坎蒂（Vacanti）在以前研究的基础上，在 1993 年提出了组织工程学这个概念。组织工程学是把材料学、工程学、生命科学和临床医学融合在一起、共同发展的新的交叉学科。它利用生命科学和工程学的原理还有方法，在正确了解哺乳动物正常和生病这两种状态下的组织结构和功能关系后，去研究和开发用来修复、维护或者促进人体各种组织或器官损伤后功能和形态的生物替代物。

它的基本方法是把人体细胞分离出来，在身体外面培养，然后把一些细胞放到有一定空间结构的支架上，通过细胞之间互相黏在一起、生长繁殖、分泌细胞外基质，这样就会形成有一定结构和功能的组织或器官。在形成组织或器官替代品的整个过程里，需要很多东西结合在一起，其中最基本的三个东西就是种子细胞、生物支架和信号分子。细胞外基质在组织再生里很重要，它不光有连接、支持、保水、抗压和保护这些物理作用，对细胞的基本生命活动也有生物作用，会影响细胞的存活、生长和死亡，还能决定细胞的形状、分化这些。