科学家在实验室中造人体器官 人造心脏将成现实

天若有情

　　网易探索3月21日报道 目前，在实验室培育人造气管、人工皮肤，乃至人造血管均已取得成功，并且得到初步应用，但科学家并不满足，他们希望能够在实验室培育出人造心脏或者是人工肾。

　　非洲学生马里亚姆·特克勒森贝特·拜恩（Andemariam Teklesenbet Beyene）饱受恶性肿瘤困扰，尽管一度接受化疗和放疗，肿瘤仍增长至高尔夫球形状大小，破坏整根气管，影响正常呼吸。2011年6月份，他在瑞典斯德哥尔接受了更换人造气管手术，成为全球首例气管移植手术的病人。

　　研究人员首先借助三维成像技术，将拜恩的气管形状进行了3D扫描，绘制其气管部分的三维图像。伦敦大学学院以这些图像为依据，用类似玻璃的材料为拜恩气管和量身订做了两根主要支气管的主体支架。随后，这些支架被送往瑞典，浸泡在由患者骨髓干细胞配制的溶液中。这些干细胞进入到支架上之后，逐渐培养出了类似于拜恩自身器官一样的组织。

　　同时，另外，医生在手术中植入骨髓细胞和内膜细胞，让它们分裂、成长，以帮助这一气管支架“发育”为患者的“原配”气管。

　　组织培养成功之后，主刀医生、瑞典卡罗琳斯卡医学院的帕劳·马西阿尼（Paolo Macchiarini）经过12小时的手术，将这一人造气管成功植入拜恩体内。一个月后，拜恩就出院了，而且由于器官的捐献者是拜恩自己，所以没有任何排斥反应。

　　此后，陆续也有其他患者接受了类似手术，使这些病人彻底摆脱了癌症困扰。不过，科学家也清醒的认识到，要想克服所有困难和障碍，仍有很长的一段路要走。

　　美国威克森林大学再生医学研究所（Wake Forest Institute for Regenerative Medicine）的安东尼·阿塔拉（Anthony Atala）表示：“考虑到再生器官的功能和用途，可以将其分为四类，第一类是单一器官，例如皮肤，这类器官只需几种类型的分子就可再生成功；第二类是管道类器官，例如气管和血管，这类器官形状和所需分子种类要更为复杂；第三类包括各种囊状器官，例如膀胱或者胃，这类器官同管道类器官又不相同，后者只需为液体流动提供通路，而前者还需根据不同情况进行具体处置，例如何时分泌胃液、何时需要扩张、何时需要过滤等等；第四类器官才是目前科学家所面临的最大挑战，即实体器官，例如肾、心脏、肺和肝，这些器官要比其他器官更厚，组织结构更为复杂，功能特征也更为繁多，因而所需要的培养细胞种类也更多。同时，要将各种血管融入到这些实体器官当中，并且还需在微观条件下实施，这本身就是一件非常困难的事情。

　　前三种类别的器官，科学家如今已开始进行实验室培养，并且取得了初步成果。外科医生为患者移植人工皮肤及软骨，成功例子已有数千例。不久前，移植人工气管也已变成现实。人工血管移植目前正处于临床试验阶段，而阿塔拉自己已经实施过几例人造肾移植手术，第一例接受手术的患者目前已成功依靠人工肾存活十多年。然而，如果无法在第四类器官培养和移植上取得突破，可以说，人造器官领域只能说是出于初始阶段，还远未达到预先设想的目标。

　　不过，不管是哪种器官移植，基本程序都是一样的。首先医生需要取得患者的细胞，并且还需想办法让其在人造器官上正确生长。取得细胞之后，下一步要做的事就是引领这些细胞朝着医生预期的方式生长，这时就需要保证温度、PH值、激素分泌及其他方面的平衡。同时还需模拟人体实际环境，例如对于人造血管的培养，就需要对其进行脉冲冲压以模拟人体在不同状态下血液流动时对于血管的压力大小；人造肺就需要有规则的对其进行空气流动等等。


　　同时，还需确保人造器官在形状上能够同原器官保持一致，这就需要做好原器官的主体支架。目前，科学家普遍对于3D生物打印机的应用前景抱有积极态度。3D生物打印机就像普通3D打印机一样工作，一次制造出器官的一层细胞。普通打印机采用的原料是纸和墨水，而3D生物打印机是从患者身体上获取的不同细胞，这样就可以显著降低器官的排斥反应。对于更为复杂的器官，打印机就需要在一个提前预备好的主体支架上排列细胞。

　　2011年，阿塔拉曾在一次会议上公开表示：“第四种人造器官移植取得成功只是时间问题，尽管目前我们面临诸多困难，但我坚定地认为，随着技术条件的不断革新，这些问题都能得到很好的解决。”

　　然而，尽管目前科学家在人造器官移植方面取得了一些成绩，但仍有一些逻辑性问题值得思考，例如人造器官何时能够进行大规模制造；万一头次手术失败，能否重复制造同一器官；能否在低温条件下保存人造器官，让其不失活性；诸如此类的问题都是科学家未来需要解决的难题。