六年前，多倫多大學的邁克爾·塞夫頓向他新興的組織工程領域的同事們發起挑戰，要求他們在10年內構建一個功能性的人類心臟。隨著當年晚些時候人類胚胎幹細胞的分離，塞夫頓的挑戰似乎變得更加重要：畢竟，幹細胞是自然界構建正常運作器官的起點。
現在，塞夫頓承認他的“工程製造活體植入物”（LIFE）計劃的截止日期過於天真，他認為至少還需要10到20年。“我們必須先學會走路才能跑，”他說，“而如今的擔憂是，我們能否以可控的方式製造出血管化的組織，或者含有兩到三種細胞型別的組織？”
薄層的皮膚和單根血管已經在實驗室中培育出來，並且一些版本已經通過了人體臨床試驗。然而，任何完整的器官都將是一個複雜的三維結構，包含特殊的細胞、神經和肌肉，所有這些都與密集的靜脈和毛細血管網路交織在一起，以擴散氧氣和營養物質。主要的障礙在於如何讓多種細胞型別生長並和諧工作，以及如何刺激形成滋養厚度超過百分之幾毫米的組織所需的血管。
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透過模仿器官生長的自然三維形狀，組織工程師正在嘗試讓相鄰的細胞“交談”並完成構建所需組織的任務。這種方法產生了“噴墨”式分配的細胞聚集體，以簡單的模式“列印”出來，這些細胞聚集體流動在一起，連線成更大的組織塊。下一步將是使用多種細胞型別“列印”設計，並最終逐層“列印”它們以建立更大的結構。一種類似的技術將活細胞懸浮在透明的水凝膠基質中，該基質可以分層或模製成三維形狀。但這兩種策略都沒有產生維持較厚組織所需的至關重要的血管網路。
透過將幹細胞播種到各種浸漬有促進生長化學物質的簡單支架上，已經取得了更大的進展。例如，去年秋天，來自麻省理工學院和以色列理工學院的研究人員報告說，他們生成了神經、肝臟和軟骨細胞的組織，以及在播種了人類胚胎幹細胞的生物可降解聚合物支架上形成了“三維血管樣網路”。當移植到小鼠體內時，這些結構保持完好，並且似乎與動物的血液供應相連。
儘管如此，研究幹細胞（無論是胚胎幹細胞還是其他幹細胞）的科學家承認，他們才剛剛開始學習控制細胞成為哪種組織的技巧，並且才剛剛開始辨別細胞在器官發育過程中彼此給予以及從自然環境中獲取的訊號。“我們沒有任何類似於[自然]精妙的工具庫，”塞夫頓說。
因此，大多數培育整個器官的模型都涉及使用某種活體“生物反應器”。在某些情況下，它可能是需要器官的同一患者。維克森林大學的安東尼·阿塔拉曾在燒杯中培育出一個簡單的膀胱並將其移植到狗體內，他最近與同樣在維克森林大學的羅伯特·P·蘭扎等人合作，在牛體內培育了一個微型腎臟。腎臟祖細胞取自該牛的胎兒克隆體，然後植入牛體內，在那裡它們發育成具有正常腎臟所有細胞型別的原始器官。這些“腎單位”甚至產生了類似尿液的液體。
梅奧診所移植生物學主任傑弗裡·L·普拉特表示，對於腎臟來說，播種一個器官並讓身體完成其餘的構建可能會奏效，因為患者可以在新器官生成的同時接受透析治療。然而，對於患有肺或心力衰竭的患者來說，培育一個新器官會對已經虛弱的身體造成過大的壓力。但是，普拉特說，創造出越來越複雜的組織的每一次進步都可能為中度受損的心臟或肝臟提供救生補丁，同時提供對自然界如何構建更大的身體部位的新見解。