六年前，多伦多大学的迈克尔·塞夫顿向他新兴的组织工程领域的同事们发起挑战，要求他们在10年内构建一个功能性的人类心脏。随着当年晚些时候人类胚胎干细胞的分离，塞夫顿的挑战似乎变得更加重要：毕竟，干细胞是自然界构建正常运作器官的起点。
现在，塞夫顿承认他的“工程制造活体植入物”（LIFE）计划的截止日期过于天真，他认为至少还需要10到20年。“我们必须先学会走路才能跑，”他说，“而如今的担忧是，我们能否以可控的方式制造出血管化的组织，或者含有两到三种细胞类型的组织？”
薄层的皮肤和单根血管已经在实验室中培育出来，并且一些版本已经通过了人体临床试验。然而，任何完整的器官都将是一个复杂的三维结构，包含特殊的细胞、神经和肌肉，所有这些都与密集的静脉和毛细血管网络交织在一起，以扩散氧气和营养物质。主要的障碍在于如何让多种细胞类型生长并和谐工作，以及如何刺激形成滋养厚度超过百分之几毫米的组织所需的血管。
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通过模仿器官生长的自然三维形状，组织工程师正在尝试让相邻的细胞“交谈”并完成构建所需组织的任务。这种方法产生了“喷墨”式分配的细胞聚集体，以简单的模式“打印”出来，这些细胞聚集体流动在一起，连接成更大的组织块。下一步将是使用多种细胞类型“打印”设计，并最终逐层“打印”它们以创建更大的结构。一种类似的技术将活细胞悬浮在透明的水凝胶基质中，该基质可以分层或模制成三维形状。但这两种策略都没有产生维持较厚组织所需的至关重要的血管网络。
通过将干细胞播种到各种浸渍有促进生长化学物质的简单支架上，已经取得了更大的进展。例如，去年秋天，来自麻省理工学院和以色列理工学院的研究人员报告说，他们生成了神经、肝脏和软骨细胞的组织，以及在播种了人类胚胎干细胞的生物可降解聚合物支架上形成了“三维血管样网络”。当移植到小鼠体内时，这些结构保持完好，并且似乎与动物的血液供应相连。
尽管如此，研究干细胞（无论是胚胎干细胞还是其他干细胞）的科学家承认，他们才刚刚开始学习控制细胞成为哪种组织的技巧，并且才刚刚开始辨别细胞在器官发育过程中彼此给予以及从自然环境中获取的信号。“我们没有任何类似于[自然]精妙的工具库，”塞夫顿说。
因此，大多数培育整个器官的模型都涉及使用某种活体“生物反应器”。在某些情况下，它可能是需要器官的同一患者。维克森林大学的安东尼·阿塔拉曾在烧杯中培育出一个简单的膀胱并将其移植到狗体内，他最近与同样在维克森林大学的罗伯特·P·兰扎等人合作，在牛体内培育了一个微型肾脏。肾脏祖细胞取自该牛的胎儿克隆体，然后植入牛体内，在那里它们发育成具有正常肾脏所有细胞类型的原始器官。这些“肾单位”甚至产生了类似尿液的液体。
梅奥诊所移植生物学主任杰弗里·L·普拉特表示，对于肾脏来说，播种一个器官并让身体完成其余的构建可能会奏效，因为患者可以在新器官生成的同时接受透析治疗。然而，对于患有肺或心力衰竭的患者来说，培育一个新器官会对已经虚弱的身体造成过大的压力。但是，普拉特说，创造出越来越复杂的组织的每一次进步都可能为中度受损的心脏或肝脏提供救生补丁，同时提供对自然界如何构建更大的身体部位的新见解。