仿生程度最高的
人造气管移植手术
广东省医学科学院医学研究中心主任余细勇教授在接受本报专访时表示,早在上世纪60年代就有关于人工气管的研究。当时患者的气管因病被切掉一截,于是,医生尝试用橡胶或玻璃做的人工气管接到原始的气管上。但这种和人体“材质”完全不同的外源性人工气管难和人的组织完全吻合,很易发生“泄漏”。并且,它无法产生人体特别的分泌物,也没有收缩、舒张功能。所以,这种外源性的人工器官植入体内,有可能引发一系列排斥反应。
而此次在瑞典外科手术中植入患者体内的人造气管,则和人体天生气管非常类似。人体内神奇的干细胞有向不同组织分化的能力,这个人造气管就来自患者的骨髓干细胞。“干细胞可生成气管所需的主要成分,微量成分可能生成得较少,但已能实现80%~90%的功能保障。”余主任介绍说。这种人造气管被植入患者体内和其他组织缝合后,不会产生排斥反应,反而会和其他组织很好地生长到一起,融为一体。“所以应该为这次手术加上定语仿生程度最高的人造气管移植手术。”他微笑着说。
在实验室中,如何确保支架上的细胞不会无限制地分化发展,而是刚好“长成”所需气管组织后就戛然而止呢?
余主任解释,这是由细胞天然的特殊机制决定的。“两种细胞一接触,进行物质交换,生长即会停止。如果没有限制,就可能发展为肿瘤。”他如是说。而人造气管的孔径、长度则是由骨架决定的。
实现器官定制
需攻克4大难题
在余主任看来,在未来,人造器官是医学发展的大势所趋。
但事实上,人体的复杂和精密程度远远超过人们的想象,要制出仿生度很高的人造器官,仍面临重重难以逾越的高山。
余主任说,要成功制造出人造器官,至少要面临四大障碍:
一是如何生成器官所需的各种细胞成分的难题尚未解决。
二是即便生成了各种细胞成分,如何将它们有机地组合在一起亦是难题。“就像纺线织布一般,如何在织的过程中排列出各种花纹,同时使布兼具透气性,这就涉及有机组合的问题。”
三是组合而成的器官各个成分的功能是否能协调也是难题。
四是每个器官都受神经支配,一条神经通路如电线盒般聚集了成千上万条微细神经,人造器官该怎么和原有的神经整合在一起,恐怕也要让科学家伤透脑筋。
他进一步举例说明。以心脏为例,要制造出人造心脏,首先需要获得可供干细胞附着生长的心脏骨架。如果利用人工材料合成骨架,会在体内产生的免疫排斥反应或者慢性降解后产生炎症反应。只有来自人自身机体的心脏骨架,才能避免排斥。仅仅是这一步,已经耗费了科学家无数的心力,直到去年才首次成功获得了心脏骨架科学家通过将一个供体心脏的全部细胞消化掉,最终得到了由胶原纤维组成的立体心脏骨架结构,从而向未来成功制造出人造心脏迈出了重要一步。
获得骨架后,科学家利用人体干细胞可向各种组织分化的特点,在特异调控因子的作用下,将干细胞分化培育出诸如心肌细胞、成纤维细胞、心脏起搏细胞、血管平滑肌细胞、血管内皮细胞、心脏内膜细胞、外膜细胞等心脏组织需要的各种细胞,再将这些细胞分别“种植”在心脏骨架上。
所有程序需精确进行,确保万无一失,最终才有可能成功获得一颗人造心脏。
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