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《家庭医药·快乐养生》

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人造器官,未来可期

2020-01-20 13:16:00

  如果,人体的某一种器官出了毛病,吃药打针都不能治愈,能不能换上一个新的器官继续工作呢?据说在古希腊的时候,人们就有过这种幻想。到了近代,医务工作者们早已开始孜孜不倦地研究器官移植术和人造器官的制造。

  器官的移植就是把他人的健康器官取来,替换患者已丧失功能的器官,以挽救患者的生命。但是器官移植碰到的最大障碍是人体的排异反应。原来,人体有一种奇特的本能,就是能够识别异体器官,并产生抗体来摧毁它,从而使移植的器官受到破坏,失去功能。这本来是属于保护身体的一种免疫反应,但却给器官移植带来很大的困难。另外,同种异体器官移植还受到供应来源和保存等方面的限制,所以一部分科学工作者就另辟蹊径,开始研制人造器官。

  人造器官是人工制造的具有器官功能的机械装置,把它安装在人体上不会产生异体移植的排异反应。而且人造器官可以大量生产并易于保存。如果人体的各种器官都能研制成功,患者就能各取所需,替换失去功能的器官。

  心脏、皮肤均能“造”

  目前,科学家已经研发出多种人造器官。心脏:通过输入个体计算机或超声波扫描获得的二维数据,使打印机能够逐层建立复制样本层。科学家已利用3D打印技术打印了第一份真实人类的心脏。该心脏样本是患有不寻常并发症患者的心脏的精确解剖副本。英国Bristol机器人实验室的科学家们曾宣布,他们成功地使用3D打印机制造了第一台可驱人工肌肉的机器“心脏”。这台机器心脏搭载微生物燃料电池(MFCs),可从人体尿液中获取能量。

  这种人造心脏经历15年的研发,表面由人造制品和动物组织制成,由两个小型电动马达驱动。在植入患者胸腔后,通过感应器上收集到的信息来模仿真实器官的各种反应,并通过皮肤上或插在患者耳朵后面的电磁感应器,驱动控制器来操作人造心脏。头颅:美国牛津性能材料公司首创了3D打印头骨技术,目前已有一名患者将75%的头骨替换为这种打印出来的移植组织。研究人员先扫描这位患者的头骨,然后以聚醚酮酮为原材料,照着原先的头骨打印出了新的移植组织。

  人体大脑的完全复制目前还没法做到,但大脑起搏器的技术已有所突破。大脑起搏器通过电脉冲刺激大脑局部神经,便可使患者在一定程度上恢复身体知觉,因此医生将导线植入患者大脑特定位置,利用脑部节律器发出的电波刺激,来调节脑部不正常的活动讯息,从而控制身体运动紊乱症状。

  五官:美国康奈尔大学研究人员利用牛耳细胞,3D打印出人造耳朵。研究人员首先利用快速旋转的三维相机,拍摄耳朵的三维信息,然后将其输入电脑,3D打印机会据此打印出耳朵模子。随后在模子中注入特殊的胶原蛋白凝胶。此后数周内,软骨逐渐增多并取代凝胶。3个月后,模子内出现一个具有柔韧性的人造外耳,其功能和外表均与正常人耳相似。

  胚胎干细胞:英国研究人员利用最新的3D打印技术,“打印”出活体胚胎干细胞。实验证明,这些干细胞仍保持着人体胚胎干细胞的正常分化能力。超过95%的干细胞在被“打印”24小时后仍然存活。胚胎干细胞是胚胎中一些具有发育成各种组织和器官能力的细胞,在医学上具有极大的应用前景。研究人员指出,这一技术将有助于制造出更精确的人体组织。

  皮肤:英国布里斯托大学的科学家们研制出一种人造肌肉,能够复制天然肌肉的活动,并且具有非常强的视觉效果。科学家们有望在此基础上创造出很多新技术,制造出能改变颜色进行伪装的智能服装以及让人体冬暖夏凉的“智能”皮肤。

  人造器官移植将成常规手术

  人类有可能用人造器官缓解供体短缺的现状。理想的模式是,一名患者“捐献”自体细胞,或者出自活体切片,或者出自血液抽取。随后,由实验室把这些细胞注入类似器官的“支架”中。现在,一些简单的人体器官已经可以经人造后移植,帮助患者解除病痛。

  安杰拉·伊里萨里2007年出生,患有先天心脏缺陷,只有一个拥有正常功能的心室,从而导致机体随时面临缺氧风险。标准的治疗方法是,经过数次手术,在心脏附近植入一根血管连接一根静脉和另一根血管。

  不过,耶鲁大学的医生使用了另一种较为冒险的疗法,即利用伊里萨里的自体细胞让“桥梁”血管自我生长。医生首先提取了伊里萨里的骨髓细胞,把它们放入一根可生物降解的试管内,培育两小时后把这一“支架”植入伊里萨里的体内,让它伴随伊里萨里一起成长。手术已经过去两年。伊里萨里的母亲说,术前的女儿无法正常游戏,容易疲劳。但现在,“她可以拥有正常的游戏日”。

  如今,血管、气管等简单器官已经处于研究人员的复制列表之中。2011年7月,英国、瑞典和意大利等国研究人员借助三维成像技术,用类似玻璃的材料为一名肿瘤患者搭建人造气管“支架”,随后把它浸泡入患者骨髓干细胞配制的溶液中,使它“发育”为患者的“原配”气管并完成移植。

  轮廓容易,功能很难

  人造器官最关键的是能够在体外从多能干细胞分化出具有正常功能的复杂的三维结构的器官。器官是由各种功能性细胞和组织组成的,但就多能干细胞向特定功能细胞类型的分化本身还有很长的路要走,效率低是最大的瓶颈。

  轮廓与外形的实现相对简单得多,而要这个打印出来的器官完全具有人体正常器官的功能还是一个遥远的征程。可以想象,将众多类型的、复杂的、具有特定功能的细胞组织群体,组合成一个同我们人体一致的、有序的、行使正常功能的三维器官是一个多么浩大的工程。

  组织器官不是简单的“产品”,它需要复杂的调控。比如人工造一个肾脏或者心脏,通过手术安装到人体后,神经系统、内分泌系统的调控功能能否与之相适应,如何协调与人身体的调控,这方面可能需要进一步研究。

本文来自《家庭医药·快乐养生》

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