人造軟骨“迷你”心臟 器官再生時代離我們有多久?

原標(biāo)題:人造軟骨“迷你”心臟器官再生時代離我們有多久?

“器官再生時代”離我們有多久?

這些年來,面對巨大的捐贈器官缺口,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。       

人造軟骨再出新技術(shù)

韌性堪比“防彈背心”

在我們每個人的身體里都有軟骨,這一種無血管組織、略帶彈性的堅韌組織,在機(jī)體內(nèi)起支持和保護(hù)作用。或許你對軟骨了解得不多,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”

在世界上的各個角落,每一天都有等待器官捐獻(xiàn)的病人,這些年來面對巨大的捐贈器官缺口,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。美國加州大學(xué)伯克利分校的研究人員曾與美國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”。

而今,距離首次成功完成心臟移植手術(shù)已有超過50年時間,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。

【專家聲音】

人工心臟成為近年來研究熱點(diǎn)

英國牛津大學(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說,心臟泵和干細(xì)胞結(jié)合在一起,可能是一個很好的替代方案,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)胞對心力衰竭的治療’實(shí)驗(yàn)中,干細(xì)胞治療對全因死亡率、射血分?jǐn)?shù)及生活質(zhì)量等方面與陰性對照組并無統(tǒng)計學(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。”

此外,“人工心臟”也是近幾十年來的研究熱點(diǎn)。“目前,人工心臟主要應(yīng)用于以下情況:第一,是對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,人工心臟可以成為橋接治療方案;第二,是對于嚴(yán)重心力衰竭患者,也可用作一種血泵的臨時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,長期使用的成熟人工心臟產(chǎn)品還沒有出現(xiàn)。”張主任說。

【未來展望】

“器官再生”之夢依然充滿挑戰(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,也不存在倫理爭端的人造器官時代”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。”張主任告訴記者,眾所周知,人體大至疾病,小至心情,都會引起內(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。

美國生物學(xué)家、諾貝爾獎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”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”仍將是個永遠(yuǎn)存在、甚至永遠(yuǎn)爭議的問題。“古人有云,兵馬未動,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。”他說。

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