這些年來，面對(duì)巨大的捐贈(zèng)器官缺口，科學(xué)家們都希望能夠通過各種技術(shù)，構(gòu)建更加復(fù)雜的人體器官——比如由干細(xì)胞培育的人造腎臟、由心臟泵和干細(xì)胞相結(jié)合的人造心臟以及通過對(duì)器官成像、選取合適的細(xì)胞材料來打印成型的3D生物打印。

或許，未來的器官移植可能不再以器官捐獻(xiàn)為必要條件，再生醫(yī)學(xué)的未來就是人造合成器官。

【科技頭條】

人造軟骨再出新技術(shù)

韌性堪比“防彈背心”

在我們每個(gè)人的身體里都有軟骨，這一種無血管組織、略帶彈性的堅(jiān)韌組織，在機(jī)體內(nèi)起支持和保護(hù)作用?；蛟S你對(duì)軟骨了解得不多，在神奇的軟骨組織中，水的成分高達(dá)80%，這種無與倫比的組織強(qiáng)度，卻能幫助我們的身體應(yīng)對(duì)很強(qiáng)大的壓力。

今年年初，一份刊登于《新型材料》科學(xué)雜志的研究指出，有研究者利用與加強(qiáng)型防彈背心相同類型的纖維，模仿天然軟骨的硬度、韌性和含水量，研制出新型人造軟骨。就在去年，密歇根大學(xué)和江南大學(xué)的研究人員曾開發(fā)出與人體軟骨具有相似機(jī)理的合成軟骨：在壓力下釋放水分，在壓力減輕或消失后可以像海綿一樣吸收水分恢復(fù)形態(tài)。雖然人造軟骨并非首創(chuàng)，但較早期材料相比，新型材料能夠?qū)⒊渥闼诌M(jìn)行交換，人造軟骨的“力量”更加強(qiáng)大，該合成組織可以替代人體自然磨損或愈合不良的軟骨，不但能緩解關(guān)節(jié)疼痛，還能使很多人不必接受關(guān)節(jié)置換手術(shù)。

軟骨在臨床上有著非常大的需求，在美國(guó)大概有85萬人需要接受手術(shù)切除或者更換膝關(guān)節(jié)的軟骨。研究者們希望，在未來，人造合成器官能夠更簡(jiǎn)單、費(fèi)用更低、更可靠地滿足患者需求，這種材料的潛在應(yīng)用并不局限于軟骨。他們期待混合材料在不同比例下所構(gòu)建的類似網(wǎng)絡(luò)，可能會(huì)同樣適用于其他軟組織。

干細(xì)胞培育的“迷你”心臟

像正常心臟那樣“搏動(dòng)”

在世界上的各個(gè)角落，每一天都有等待器官捐獻(xiàn)的病人，這些年來面對(duì)巨大的捐贈(zèng)器官缺口，科學(xué)家們都希望能夠通過各種技術(shù)，構(gòu)建更加復(fù)雜的人體器官。自從多能干細(xì)胞具有向特定器官分化的能力被發(fā)現(xiàn)以來，人造器官已經(jīng)成為了干細(xì)胞應(yīng)用的主要方向。干細(xì)胞屬于具有自我復(fù)制能力的多潛能細(xì)胞，在一定條件下，可以分化成多種功能細(xì)胞。日本岡山大學(xué)和杏林大學(xué)的研究人員，曾從成年實(shí)驗(yàn)鼠腎臟內(nèi)采集了成體干細(xì)胞來培育人造腎臟；澳大利亞與荷蘭研究人員也從誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞中，培育出“類似腎臟的組織”。

除了在腎病治療上的前景值得期待，干細(xì)胞對(duì)于其他人體器官的“重塑”也大有作為。早在2008年一例支氣管移植手術(shù)中，醫(yī)生利用患者的干細(xì)胞培養(yǎng)出的氣管組織修復(fù)捐獻(xiàn)的氣管，這也被稱為是首次干細(xì)胞“器官移植”。此外，還有對(duì)于我們最為重要的器官之一，心臟。心臟的成熟心肌細(xì)胞是不可再生的，干細(xì)胞的研究更為重要。美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的研究人員曾與美國(guó)格拉德斯通心血管病研究所的科學(xué)家們合作，利用干細(xì)胞 建造“迷你”心臟。他們使用生物化學(xué)和生物物理學(xué)方法，在試管中培育出的人體微心室，雖然身形“迷你”，但這顆“小心臟”能像完整大小的心臟那樣“搏動(dòng)”。

而今，距離首次成功完成心臟移植手術(shù)已有超過50年時(shí)間，隨著技術(shù)的成熟，科學(xué)家已經(jīng)可以誘導(dǎo)胚胎干細(xì)胞變成心臟細(xì)胞。暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)心臟血管外科主任張曉慎告訴記者，干細(xì)胞治療及心臟組織工程是對(duì)終末期心力衰竭很有應(yīng)用前景的治療方法，除了遠(yuǎn)期可用于心臟的人工“培養(yǎng)”外，還可期望干細(xì)胞治療使心臟功能得到修復(fù)，使部分患者避免心臟移植。(記者 黃嵐)

【專家聲音】

人工心臟成為近年來研究熱點(diǎn)

英國(guó)牛津大學(xué)約翰·拉德克利夫醫(yī)院斯蒂芬·維斯特比在接受媒體采訪時(shí)說，心臟泵和干細(xì)胞結(jié)合在一起，可能是一個(gè)很好的替代方案，可以幫助更多的人。但有“形”不等于有“功能”，目前人造器官的應(yīng)用研究本質(zhì)上主要還是對(duì)已有器官的修復(fù)和改良，還無法將完整器官進(jìn)行替換。

“在‘造血干細(xì)胞對(duì)心力衰竭的治療’實(shí)驗(yàn)中，干細(xì)胞治療對(duì)全因死亡率、射血分?jǐn)?shù)及生活質(zhì)量等方面與陰性對(duì)照組并無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，說明干細(xì)胞治療并未提升心力衰竭的預(yù)后。因此，干細(xì)胞治療在目前的臨床試驗(yàn)中結(jié)果并不一致，是否真的起到治療作用，需進(jìn)一步的深入研究。”張主任表示，“心臟組織工程”是熱點(diǎn)之一，人類胚胎干細(xì)胞和人類誘導(dǎo)的多能干細(xì)胞，可以定向分化成特定器官的細(xì)胞，分化后的細(xì)胞有一定的可用性和可擴(kuò)展性，因此被應(yīng)用于心臟組織工程當(dāng)中。據(jù)了解，目前已有研究人員通過心外膜途徑，將工程化的人類心肌細(xì)胞移植到裸鼠體內(nèi)，移植物出現(xiàn)血管的重建，但看不到移植的組織和正常心肌發(fā)生機(jī)電耦合。張主任表示，目前心臟組織工程技術(shù)并未應(yīng)用到臨床，但其有一定的臨床應(yīng)用前景?！?/p>

此外，“人工心臟”也是近幾十年來的研究熱點(diǎn)?！澳壳?，人工心臟主要應(yīng)用于以下情況：第一，是對(duì)于等待心臟移植手術(shù)病人，因?yàn)椴豢赡嫘墓δ芩ソ叨＜吧鼤r(shí)，人工心臟可以成為橋接治療方案；第二，是對(duì)于嚴(yán)重心力衰竭患者，也可用作一種血泵的臨時(shí)替代心臟的治療方案。由于目前的人工心臟需要抗凝，以及可能出現(xiàn)的中風(fēng)、感染等并發(fā)癥，長(zhǎng)期使用的成熟人工心臟產(chǎn)品還沒有出現(xiàn)?！睆堉魅握f。

【未來展望】

“器官再生”之夢(mèng)依然充滿挑戰(zhàn)

無論是科學(xué)家、醫(yī)生還是患者，都期待“不存在排異反應(yīng)，不需要輔助藥物治療，也不存在倫理爭(zhēng)端的人造器官時(shí)代”的到來。然而人造器官植入人體后，又是否能與人體自有的內(nèi)分泌系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等相適應(yīng)和協(xié)調(diào)，以保持長(zhǎng)久的存活且行使正常的功能？

“人造器官即使有完整的細(xì)胞的構(gòu)成，有完整的器官形態(tài)，但值得注意的是，它們的培育是在體外環(huán)境，與體內(nèi)復(fù)雜的內(nèi)環(huán)境無法相提并論，那么移植后，這些器官是否能有正常的功能，值得深究?！睆堉魅胃嬖V記者，眾所周知，人體大至疾病，小至心情，都會(huì)引起內(nèi)環(huán)境的一系列改變，這些變化是體外完全無法模擬和復(fù)制的，那么人造器官移植入人體后，面對(duì)這些改變，能像正常自身器官那樣作出迅速、精準(zhǔn)而微妙的響應(yīng)嗎？就目前而言，不得而知。

美國(guó)生物學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者吉爾伯特則認(rèn)為，在50年內(nèi)，人類將能培育出人體的所有器官。然而，從一滴血，到一段血管、一塊軟骨、一片皮膚，再到最終的肝臟、腎臟乃至心臟都是非常復(fù)雜的系統(tǒng)，人類的人造器官“夢(mèng)”依然充滿挑戰(zhàn)。張主任表示，即使人造器官達(dá)到何等的“渾然天成”，“倫理”仍將是個(gè)永遠(yuǎn)存在、甚至永遠(yuǎn)爭(zhēng)議的問題。“古人有云，兵馬未動(dòng)，糧草先行。因此我認(rèn)為，在將人造器官移植真正用于人體疾病治療之前，也就是在技術(shù)正飛速發(fā)展的當(dāng)下，技術(shù)應(yīng)用的社會(huì)規(guī)則的研究、思量、制定與決策更亟不可待。畢竟，有規(guī)矩，才可成方圓?！彼f。