在器官捐赠和移植领域，器官需求远超供应，导致移植机会有限。从2010年到2019年，英国心脏移植的等待名单增加了约134%，而可用器官的数量却不成比例。在美国，2014年进行了约17,107例肾脏移植手术，但等待名单上的患者人数在2016年达到了约121,678人。这种器官供需不平衡的现象在全球范围内普遍存在，并且由于器官排斥、免疫抑制药物的并发症以及移植器官的有限寿命等常见问题而进一步加剧。2023年的全球数据令人震惊，尽管世界卫生组织（WHO）第13个总工作计划（2019-2023）旨在加强国际合作、利用关键资源并改善国际政策，以改善统计数据。
器官、细胞和组织的移植在无法采用替代方案的情况下是一种挽救生命的方法。造血干细胞移植用于治疗白血病患者，角膜移植可以治愈角膜失明，严重的心力衰竭可以通过冠状动脉移植得到缓解。异种移植研究变得越来越受欢迎，大量文献报道了克服动物到人类兼容性问题的新技术，以弥补人类移植材料的短缺。从这个角度来看，组织工程、再生细胞-组织技术、合成材料以及编程到生物相容芯片中的AI微纳米自动化，最终导致了基因设计的器官和（或）生物相容的人工器官，这些是解决细胞、组织和器官捐赠和移植负担的突破性替代方案。
通常认为，协同方法在细胞和组织再生与工程以及生物相容人工器官的设计中具有前景，通过综合方法可以克服局限性并增强优势。现代细胞、组织和整个器官工程结合了基因重新设计和基于干细胞技术的再生方法。然而，人工器官可能更进一步，受益于纳米材料与可编程芯片的结合。纳米复合材料作为药物递送系统具有前景，可以封装多种临床相关化合物——例如植物代谢物；减少与免疫系统的非靶向相互作用并优化药物分布。开创性的研究正在创造可以编程的生物相容纳米粒子，这些粒子可以在预定的时间内递送再生复合材料和植物衍生化合物，并监测其在人体目标位置的浓度。
纳米技术在预后和诊断中也得到了广泛应用，允许实施微创临床方法，如利用磁场驱动超顺磁金属纳米粒子在人体内的移动。这些应用的关键在于充分利用制造这些生物相容复合材料的材料的物理特性。实际上，虽然人工器官通常是静态结构，但将其与动态移动的成像探针、循环组织再生干细胞和其他生物相容的动态元素相结合，对科学界来说非常有吸引力。因此，本研究主题强调了新型材料的重要作用，这些材料允许创建自主驱动的微纳米机器人，并调节用于临床诊断、治疗和预后的微纳米自动机的外部场定向运动。
纳米传感器，如石墨烯纳米复合材料（石墨烯晶体管和电极），推动了生物电子学的发展，设想了适应性植入物-组织界面，并减少了免疫毒性引起的副作用风险。本研究主题强调了人工智能（AI）模型的巨大潜力，这些模型支持生物医学，增强医疗机器人和自动化，被应用于纳米-微米生物相容芯片组，以预测、分类、模拟和协调自主设备的活动。本研究主题还强调了再生医学中常用的干细胞技术、基因工程和植物代谢物。
总之，本文集介绍了细胞和组织工程、组织再生以及生物相容人工器官设计方面的最新突破性技术。本文集涵盖了综述和技术论文，以及最先进方法和协议。本文集分为四个子主题：（1）基因驱动的合成生物学策略和纳米生物技术在下一代人工器官和细胞-组织工程中的应用；（2）基于AI的预测、医疗机器人和自动化；（3）微创医疗诊断、治疗和预后中的纳米自动机；（4）由植物代谢物推动的再生医学临床纳米技术。第一个子主题呈现了关于人工器官和细胞-组织工程的技术综述、方法和协议，受益于最先进技术。第二个子主题关注AI预测和自动化，理想用于医疗机器人和可编程芯片组，适用于植入式医疗设备。第三个子主题展示了微纳米自动机的技术方面。第四个子主题集中在组织再生，理想情况下由纳米复合材料与植物衍生化合物结合支持。
关键词：生物相容人工器官、合成生物学、再生医学、纳米生物技术、人工智能、器官捐赠和移植、仿生组织工程、干细胞技术、基因工程、植物代谢物
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