人造软骨“迷你”心脏 器官再生时代离我们有多久？

“器官再生时代”离我们有多久？

这些年来，面对巨大的捐赠器官缺口，科学家们都希望能够通过各种技术，构建更加复杂的人体器官——比如由干细胞培育的人造肾脏、由心脏泵和干细胞相结合的人造心脏以及通过对器官成像、选取合适的细胞材料来打印成型的3D生物打印。

或许，未来的器官移植可能不再以器官捐献为必要条件，再生医学的未来就是人造合成器官。　　　　　　　　

文：广州日报全媒体记者 黄岚

【科技头条】

人造软骨再出新技术

韧性堪比“防弹背心”

在我们每个人的身体里都有软骨，这一种无血管组织、略带弹性的坚韧组织，在机体内起支持和保护作用。或许你对软骨了解得不多，在神奇的软骨组织中，水的成分高达80%，这种无与伦比的组织强度，却能帮助我们的身体应对很强大的压力。

今年年初，一份刊登于《新型材料》科学杂志的研究指出，有研究者利用与加强型防弹背心相同类型的纤维，模仿天然软骨的硬度、韧性和含水量，研制出新型人造软骨。就在去年，密歇根大学和江南大学的研究人员曾开发出与人体软骨具有相似机理的合成软骨：在压力下释放水分，在压力减轻或消失后可以像海绵一样吸收水分恢复形态。虽然人造软骨并非首创，但较早期材料相比，新型材料能够将充足水分进行交换，人造软骨的“力量”更加强大，该合成组织可以替代人体自然磨损或愈合不良的软骨，不但能缓解关节疼痛，还能使很多人不必接受关节置换手术。

软骨在临床上有着非常大的需求，在美国大概有85万人需要接受手术切除或者更换膝关节的软骨。研究者们希望，在未来，人造合成器官能够更简单、费用更低、更可靠地满足患者需求，这种材料的潜在应用并不局限于软骨。他们期待混合材料在不同比例下所构建的类似网络，可能会同样适用于其他软组织。

干细胞培育的“迷你”心脏

像正常心脏那样“搏动”

在世界上的各个角落，每一天都有等待器官捐献的病人，这些年来面对巨大的捐赠器官缺口，科学家们都希望能够通过各种技术，构建更加复杂的人体器官。自从多能干细胞具有向特定器官分化的能力被发现以来，人造器官已经成为了干细胞应用的主要方向。干细胞属于具有自我复制能力的多潜能细胞，在一定条件下，可以分化成多种功能细胞。日本冈山大学和杏林大学的研究人员，曾从成年实验鼠肾脏内采集了成体干细胞来培育人造肾脏；澳大利亚与荷兰研究人员也从诱导多能性干细胞中，培育出“类似肾脏的组织”。

除了在肾病治疗上的前景值得期待，干细胞对于其他人体器官的“重塑”也大有作为。早在2008年一例支气管移植手术中，医生利用患者的干细胞培养出的气管组织修复捐献的气管，这也被称为是首次干细胞“器官移植”。此外，还有对于我们最为重要的器官之一，心脏。心脏的成熟心肌细胞是不可再生的，干细胞的研究更为重要。美国加州大学伯克利分校的研究人员曾与美国格拉德斯通心血管病研究所的科学家们合作，利用干细胞建造“迷你”心脏。他们使用生物化学和生物物理学方法，在试管中培育出的人体微心室，虽然身形“迷你”，但这颗“小心脏”能像完整大小的心脏那样“搏动”。

而今，距离首次成功完成心脏移植手术已有超过50年时间，随着技术的成熟，科学家已经可以诱导胚胎干细胞变成心脏细胞。暨南大学附属第一医心脏血管外科主任张晓慎告诉记者，干细胞治疗及心脏组织工程是对终末期心力衰竭很有应用前景的治疗方法，除了远期可用于心脏的人工“培养”外，还可期望干细胞治疗使心脏功能得到修复，使部分患者避免心脏移植。

【专家声音】

人工心脏成为近年来研究热点

英国牛津大学约翰·拉德克利夫医院斯蒂芬·维斯特比在接受媒体采访时说，心脏泵和干细胞结合在一起，可能是一个很好的替代方案，可以帮助更多的人。但有“形”不等于有“功能”，目前人造器官的应用研究本质上主要还是对已有器官的修复和改良，还无法将完整器官进行替换。

“在‘造血干细胞对心力衰竭的治疗’实验中，干细胞治疗对全因死亡率、射血分数及生活质量等方面与阴性对照组并无统计学差异，说明干细胞治疗并未提升心力衰竭的预后。因此，干细胞治疗在目前的临床试验中结果并不一致，是否真的起到治疗作用，需进一步的深入研究。”张主任表示，“心脏组织工程”是热点之一，人类胚胎干细胞和人类诱导的多能干细胞，可以定向分化成特定器官的细胞，分化后的细胞有一定的可用性和可扩展性，因此被应用于心脏组织工程当中。据了解，目前已有研究人员通过心外膜途径，将工程化的人类心肌细胞移植到裸鼠体内，移植物出现血管的重建，但看不到移植的组织和正常心肌发生机电耦合。张主任表示，目前心脏组织工程技术并未应用到临床，但其有一定的临床应用前景。”

此外，“人工心脏”也是近几十年来的研究热点。“目前，人工心脏主要应用于以下情况：第一，是对于等待心脏移植手术病人，因为不可逆心功能衰竭而危及生命时，人工心脏可以成为桥接治疗方案；第二，是对于严重心力衰竭患者，也可用作一种血泵的临时替代心脏的治疗方案。由于目前的人工心脏需要抗凝，以及可能出现的中风、感染等并发症，长期使用的成熟人工心脏产品还没有出现。”张主任说。

【未来展望】

“器官再生”之梦依然充满挑战

无论是科学家、医生还是患者，都期待“不存在排异反应，不需要辅助药物治疗，也不存在伦理争端的人造器官时代”的到来。然而人造器官植入人体后，又是否能与人体自有的内分泌系统、神经系统等相适应和协调，以保持长久的存活且行使正常的功能？

“人造器官即使有完整的细胞的构成，有完整的器官形态，但值得注意的是，它们的培育是在体外环境，与体内复杂的内环境无法相提并论，那么移植后，这些器官是否能有正常的功能，值得深究。”张主任告诉记者，众所周知，人体大至疾病，小至心情，都会引起内环境的一系列改变，这些变化是体外完全无法模拟和复制的，那么人造器官移植入人体后，面对这些改变，能像正常自身器官那样作出迅速、精准而微妙的响应吗？就目前而言，不得而知。

美国生物学家、诺贝尔奖获得者吉尔伯特则认为，在50年内，人类将能培育出人体的所有器官。然而，从一滴血，到一段血管、一块软骨、一片皮肤，再到最终的肝脏、肾脏乃至心脏都是非常复杂的系统，人类的人造器官“梦”依然充满挑战。张主任表示，即使人造器官达到何等的“浑然天成”，“伦理”仍将是个永远存在、甚至永远争议的问题。“古人有云，兵马未动，粮草先行。因此我认为，在将人造器官移植真正用于人体疾病治疗之前，也就是在技术正飞速发展的当下，技术应用的社会规则的研究、思量、制定与决策更亟不可待。毕竟，有规矩，才可成方圆。”他说。