量身定做一个肾

　　肾脏是人体的重要器官，因为很多人天生的肾脏不好或后天不健康的饮食等原因导致肾脏出现不健康，于是就需要换，美国科学家最新研制出人工肾脏，可移植。

　　美国科学家在新一期《自然医学》杂志上报告说，他们在实验室中培育出的人工肾脏移植给大鼠后，发挥了一个肾脏应有的功能，虽然工作效率打了不少折扣。

　　体外培育出肾脏这样复杂的器官，移植到活动物体内之后能发挥作用，还是全世界第一次。虽然离临床应用还很遥远，但这一成就使在实验室中为患者量身定做一个肾脏乃至肺、肝和心脏的梦想变得更现实了一些。它可能同时解决困扰器官移植领域的两大问题：器官短缺和排异反应。

　　人工肾脏能工作

　　体外培养器官的想法不算新鲜。十多年前，干细胞研究开始取得一些重大进展时，不少人就雄心勃勃地想着用这些“万能”细胞来重建人体组织和器官，给器官移植带来全面变革。干细胞是尚未分化的细胞，有潜力发育成皮肤、肌肉、血液等特化细胞。

　　在实验室里培养器官，要先制造出器官框架作为“脚手架”，再在框架上铺一层干细胞做“种子”，让它们分裂发育成器官各个部位所需要的细胞。美国马萨诸塞综合医院的哈拉德·奥托等人从死亡的大鼠身上切下完整的肾脏，用化学溶剂把上面的细胞“冲洗”掉，只剩由胶原蛋白形成的框架。它保留了肾脏的三维结构，包括血管、输尿管等管道结构。

　　随后，研究人员把框架放在装有氧气和营养物质的玻璃罐里，在肾动脉、肾静脉和输尿管上连接管道，将人类干细胞输送到动脉和静脉里，并将新生大鼠的肾细胞输送到输尿管里，从而给整个肾的管道内部都铺上细胞层。

　　经过十几天的培养，注入框架的人类干细胞生成了血管，大鼠肾脏细胞则生成了其他组织，不同类型的细胞都处在正确的位置上。在体外试验中，这个人工肾脏产生的尿量约为正常肾脏的1/3，从血液中清理废物的效率也比较低。移植到大鼠体内后，工作效率进一步下降。

　　不过，能够工作已经是一大成功，其效率可望随技术的成熟而提高。奥托说，即使只是具备部分功能也是很有意义的，因为许多病人在肾功能低于正常值的15%后才开始血液透析，如果人工肾的工作效率能达到20%，就可以使很多人免于透析之苦。此外，这项成果还有助于更好地理解肾的发育和自我修复机制。

　　如果奥托及其同行的研究进展顺利，未来有可能出现这样的情景：医生提取尿毒症患者的细胞进行体外培养，为患者量身定做一个健康的新肾脏。患者不需要苦苦等待，也没有免疫问题。其他器官也是如此，奥托的研究小组已开始在肺和心脏上试验制取框架、尝试组织再生。

　　当然，就像对其他令人兴奋的医学进展一样，我们对此也应该抱谨慎乐观的态度。科研人员不妨奋力冲上去凑热闹、检验和重复实验成果，改进技术。但外行必须知道，这个成果离实际应用还很远，毕竟还只是在实验鼠身上取得了初步成功。在几乎所有的医学基础研究领域，从鼠到人的过程都是非常难的。

　　实现器官定制：需攻克4大难题

　　在广东省医学科学院医学研究中心主任余细勇教授看来，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。

　　■延伸阅读

　　3D打印机的新用途：打印器官

　　如今，3D打印机又有了新的用途，可以使用特定的打印介质制作更神奇的东西——比如说，人体组织。

　　1997年，马萨诸塞州总医院的Jay Vacanti用3D打印机制造了一个人耳软骨形状的可降解支架，放进牛的成软骨细胞，并且将其植入一只裸鼠的皮下。几个月后，发育的软骨组织逐渐渗透进这个支架，并且将支架降解掉，他们就得到了一只体外培养的人耳。

　　2009年3月，瑞士伯尔尼英赛尔医院的研究人员使用3D打印机同样成功制造出了尺寸精确的人拇指骨，只需要一些简单的材料：高精度的3D结构图、三钙磷酸盐和聚乳酸，以及一些能够发育成骨骼的干细胞。

　　在这里，三钙磷酸盐和聚乳酸会形成坚硬的结构，它们可以起到支撑的作用，而那些只由柔软的细胞组成的器官并没有这些支撑物。而日本国立富山大学的中村直人则用这种方式制造血管，使用与彩色喷墨打印机类似的技术，使用几种不同的细胞制造出了有两层结构的血管——和人类血管的三层结构只有一步之遥。“这就像在微观层面建造摩天大楼。”他说：“(打印心脏)也许还需要二十年时间。”