全球首例自体干细胞人造气管移植手术实施成功

2011-7-25 15:06 来源: 广州日报
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  定制器官是科学家和患者的共同梦想。

大脑若有一天也能更换,你还是你吗?

瑞典外科医生为气管癌患者制造的人造气管。

  全球首例自体干细胞人造气管移植手术实施成功

  近日,瑞典外科医生首次将一个完全“成长”于实验室中的人造气管成功移植入患者体内,使这位饱受折磨的患者重获新生。这个人造气管来自患者自身的干细胞,科学家将这些干细胞“栽培”在精心设计的Y形人造支架上,最终培育出可供移植的人造气管。一直以来,定制器官是科学家和患者的共同梦想,这一手术的成功无疑让人们看到了圆梦的曙光。然而,当人类有一天可以随意定制器官,梦魇也许也会接踵而至……

  前沿聚焦

  癌症患者首次成功植入自体人造器官

  在瑞典成功进行的人类首次人造器官移植手术被医学界认为具有里程碑的意义。这个幸运的患者今年36岁,是一名居住在冰岛的非洲学生,此前他正患有危及生命的气管癌。而如今,他成为全球第一个成功移植入自体人造器官的人。

  这个人造器官是由这名男子的干细胞围绕特制人造支架生长发育而来。以前,也曾有过干细胞发育成气管的先例,但是支架采用的是捐献者器官的胶原蛋白骨架。而此次人造器官的支架则完全来自人的创造。主持手术的意大利再生医学专家保罗・马奇阿瑞尼教授与来自伦敦大学的亚历山大・赛富林教授共同设计了Y形人造器官支架。这个支架由类似塑料的一种聚合材料制成,患者的干细胞被“栽培”于支架上两天后,即“长”出了准备用于移植的气管细胞。由于被造器官来自患者本体的干细胞,因此当器官被植入时,不会遇到任何遭免疫系统排斥的风险。该患者近日恢复得很好,并已出院。

  此次手术是在瑞典卡罗林斯卡大学医院进行的。它的成功意味着未来病人也许不再需要苦等一个适合的捐赠器官。对于孩子来说这一成功尤其意义深远,因为适合孩子的捐赠器官更加难以找寻。赛富林表示此技术未来大有可为。

  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。

  人造器官的两种思路:

  利用人体干细胞VS借“鸡”生“蛋”

  余主任介绍,目前有两种人造器官的研制思路。

  一种是在实验室中将干细胞在支架上培植出人造器官,也就是此次瑞典首次成功移植人造器官所采用的方式。这里所说的支架,有的来自供体器官,有的则采用人工合成的方法获得。采用这种方法,人造器官全部在体外生成,优势是可控,劣势则在于细胞分化过程太过复杂,细胞生长发育的微环境未能完全研究成功。

  第二种思路是“借鸡生蛋”,即在别的动物体内制造人体需要的器官。以本报此前报道过的转基因克隆猪为例,可通过转基因克隆技术,对猪胚胎进行基因改造,在猪的胚胎内转入人的特定基因,“使产出的猪,别的部位都是猪的,唯有心脏是人的。或者是心脏的主要成分是来自于人,10%或1%是来自于猪”。这就是所谓的“借鸡生蛋”。但这种方式具有一定的风险。“猪的遗传背景要非常明晰,绝对不能携带任何疾病。如果一旦有什么潜在疾病,会将这种寄生疾病的潜在威胁带入人体。”余主任说。当然,如果是功能相对单一的器官,例如不是完全取决于骨髓的关节、韧带等器官,可通过“借鸡生蛋”的方式制出人造器官进行置换。

  余主任介绍,人造器官的难易和器官的复杂程度成正比。功能相对简单的器官,如气管、皮肤、关节、韧带、血管等等,其人造器官可考虑“优先被攻克”。但如果要制造相对较复杂的心脏等器官,还有很长的路要走。而人体最为精密复杂的器官大脑,目前则连其物质交换、神经传递都尚未完全认识清楚,要实现人造大脑更是遥遥无期。“科学正在加速发展,究竟何时可以攻克人造器官的一个个难题,很难预测,也许不到百年即可实现。”

  伦理学困局:换了器官,你还是你吗?

  能定制器官对人类无疑意义重大。但其另一面,也许是梦魇。

  例如在动物身上生产出人造器官,就不免面临着伦理学的挑战。“试想下,体内跳动着猪的心脏,接受者的感受会是如何?”余主任说。而且,当接受者生育后代,下一代的基因里是否会带着猪的成分?人是否会因此慢慢发生变异?余主任表示,异种成分在人体内会带给人很多不可预期的生理、心理问题。接受来自猪的人造器官后,人因此出现“猪性”也不是没有可能。“心脏移植需通过血管和其他器官进行连接。从哪里开始是人的基因,从哪儿开始是猪的基因,很难分辨清楚。除非把猪的所有血管都换成人的,才能排除人会感染‘猪性’的可能。”

  即使换上的是实验室“长”出的人造器官,这个器官的骨架可能来自另一个活体供体,捐赠者的特质对接受者就没有影响吗?波尔・皮尔索尔是美国的一位生理学家,多年来他一直在研究病人因植入别人的器官而性情变化的现象。最后,他得出这样一个结论:心脏里储存有大脑受其支配的信息,所以,心脏一旦植入别人的身体,便开始指挥新的主人,改变他的性格和习惯。

  进一步说,假如有一天人造大脑技术完全成熟,我们可以随时更换大脑,一个笨脑瓜可以被一个聪明脑瓜所取代,那么将会是一幅令人欣喜的图景吗?抑或是会逼人类进入一个进退维谷的窘境?换了大脑,你还是你吗?如果不是你,那个长着你的面孔但装着实验室制造的脑瓜的人究竟是谁?人造器官可能引发的伦理学困局令人深思。