科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室中造人體器官 人造心臟將成現(xiàn)實(shí)

科學(xué)家正在實(shí)施人造器官移植手術(shù)。

目前，在實(shí)驗(yàn)室培育人造氣管、人工皮膚，乃至人造血管均已取得成功，并且得到初步應(yīng)用，但科學(xué)家并不滿足，他們希望能夠在實(shí)驗(yàn)室培育出人造心臟或者是人工腎。

非洲學(xué)生馬里亞姆·特克勒森貝特·拜恩（Andemariam Teklesenbet Beyene）飽受惡性腫瘤困擾，盡管一度接受化療和放療，腫瘤仍增長至高爾夫球形狀大小，破壞整根氣管，影響正常呼吸。2011年6月份，他在瑞典斯德哥爾接受了更換人造氣管手術(shù)，成為全球首例氣管移植手術(shù)的病人。

研究人員首先借助三維成像技術(shù)，將拜恩的氣管形狀進(jìn)行了3D掃描，繪制其氣管部分的三維圖像。倫敦大學(xué)學(xué)院以這些圖像為依據(jù)，用類似玻璃的材料為拜恩氣管和量身訂做了兩根主要支氣管的主體支架。隨后，這些支架被送往瑞典，浸泡在由患者骨髓干細(xì)胞配制的溶液中。這些干細(xì)胞進(jìn)入到支架上之后，逐漸培養(yǎng)出了類似于拜恩自身器官一樣的組織。

同時(shí)，另外，醫(yī)生在手術(shù)中植入骨髓細(xì)胞和內(nèi)膜細(xì)胞，讓它們分裂、成長，以幫助這一氣管支架“發(fā)育”為患者的“原配”氣管。

組織培養(yǎng)成功之后，主刀醫(yī)生、瑞典卡羅琳斯卡醫(yī)學(xué)院的帕勞·馬西阿尼（Paolo Macchiarini）經(jīng)過12小時(shí)的手術(shù)，將這一人造氣管成功植入拜恩體內(nèi)。一個(gè)月后，拜恩就出院了，而且由于器官的捐獻(xiàn)者是拜恩自己，所以沒有任何排斥反應(yīng)。

此后，陸續(xù)也有其他患者接受了類似手術(shù)，使這些病人徹底擺脫了癌癥困擾。不過，科學(xué)家也清醒的認(rèn)識(shí)到，要想克服所有困難和障礙，仍有很長的一段路要走。

美國威克森林大學(xué)再生醫(yī)學(xué)研究所（Wake Forest Institute for Regenerative Medicine）的安東尼·阿塔拉（Anthony Atala）表示：“考慮到再生器官的功能和用途，可以將其分為四類，第一類是單一器官，例如皮膚，這類器官只需幾種類型的分子就可再生成功；第二類是管道類器官，例如氣管和血管，這類器官形狀和所需分子種類要更為復(fù)雜；第三類包括各種囊狀器官，例如膀胱或者胃，這類器官同管道類器官又不相同，后者只需為液體流動(dòng)提供通路，而前者還需根據(jù)不同情況進(jìn)行具體處置，例如何時(shí)分泌胃液、何時(shí)需要擴(kuò)張、何時(shí)需要過濾等等；第四類器官才是目前科學(xué)家所面臨的最大挑戰(zhàn)，即實(shí)體器官，例如腎、心臟、肺和肝，這些器官要比其他器官更厚，組織結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，功能特征也更為繁多，因而所需要的培養(yǎng)細(xì)胞種類也更多。同時(shí)，要將各種血管融入到這些實(shí)體器官當(dāng)中，并且還需在微觀條件下實(shí)施，這本身就是一件非常困難的事情。

前三種類別的器官，科學(xué)家如今已開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)，并且取得了初步成果。外科醫(yī)生為患者移植人工皮膚及軟骨，成功例子已有數(shù)千例。不久前，移植人工氣管也已變成現(xiàn)實(shí)。人工血管移植目前正處于臨床試驗(yàn)階段，而阿塔拉自己已經(jīng)實(shí)施過幾例人造腎移植手術(shù)，第一例接受手術(shù)的患者目前已成功依靠人工腎存活十多年。然而，如果無法在第四類器官培養(yǎng)和移植上取得突破，可以說，人造器官領(lǐng)域只能說是出于初始階段，還遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)先設(shè)想的目標(biāo)。

不過，不管是哪種器官移植，基本程序都是一樣的。首先醫(yī)生需要取得患者的細(xì)胞，并且還需想辦法讓其在人造器官上正確生長。取得細(xì)胞之后，下一步要做的事就是引領(lǐng)這些細(xì)胞朝著醫(yī)生預(yù)期的方式生長，這時(shí)就需要保證溫度、PH值、激素分泌及其他方面的平衡。同時(shí)還需模擬人體實(shí)際環(huán)境，例如對(duì)于人造血管的培養(yǎng)，就需要對(duì)其進(jìn)行脈沖沖壓以模擬人體在不同狀態(tài)下血液流動(dòng)時(shí)對(duì)于血管的壓力大?。蝗嗽旆尉托枰幸?guī)則的對(duì)其進(jìn)行空氣流動(dòng)等等。

同時(shí)，還需確保人造器官在形狀上能夠同原器官保持一致，這就需要做好原器官的主體支架。目前，科學(xué)家普遍對(duì)于3D生物打印機(jī)的應(yīng)用前景抱有積極態(tài)度。3D生物打印機(jī)就像普通3D打印機(jī)一樣工作，一次制造出器官的一層細(xì)胞。普通打印機(jī)采用的原料是紙和墨水，而3D生物打印機(jī)是從患者身體上獲取的不同細(xì)胞，這樣就可以顯著降低器官的排斥反應(yīng)。對(duì)于更為復(fù)雜的器官，打印機(jī)就需要在一個(gè)提前預(yù)備好的主體支架上排列細(xì)胞。

2011年，阿塔拉曾在一次會(huì)議上公開表示：“第四種人造器官移植取得成功只是時(shí)間問題，盡管目前我們面臨諸多困難，但我堅(jiān)定地認(rèn)為，隨著技術(shù)條件的不斷革新，這些問題都能得到很好的解決。”

然而，盡管目前科學(xué)家在人造器官移植方面取得了一些成績，但仍有一些邏輯性問題值得思考，例如人造器官何時(shí)能夠進(jìn)行大規(guī)模制造；萬一頭次手術(shù)失敗，能否重復(fù)制造同一器官；能否在低溫條件下保存人造器官，讓其不失活性；諸如此類的問題都是科學(xué)家未來需要解決的難題。