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个性定制的器官移植

[日期:2010-07-21] 来源:中国经营网  作者: [字体: ]

  为了应付难以预料的伤害,漫长的进化赋予人体器官以强大的风险对冲能力,比如我们有工作能力超赞的肝脏,有一对劳模一般的肾脏。不过这些并不能确保人类应对不测风云,一些严重伤害或疾病导致的器官衰竭往往会将人推向死亡的边缘,这时候器官移植就成为救命的唯一方法。

  目前,器官移植虽已成为世界各地广泛开展的手术,但供体严重不足以及术后强烈的免疫排斥反应依然是至今难以完全克服的障碍。既然强攻难以奏效,另辟蹊径或许可行——干细胞的发现为器官定制的崎岖小路点燃了希望与梦想的指路明灯。

  干细胞的惊人之鸣

  细胞是人体结构与功能的基本组成单位。在人发育的每时每刻,体内都有无数的细胞在生长、分裂、死亡,当然也有相当数目的新生细胞替补上来以保证机体生理功能的正常运行。这些新生细胞如同一颗大树的细小枝杈,为它们不断提供补充的各种类型的成体干细胞可被视为一些主要树干,这些细胞具有专能性,比如血液细胞和免疫细胞是由造血干细胞生成,而皮肤和毛发的更新则要仰赖于皮肤干细胞。

  沿着专能干细胞的发育之路向前追溯,我们会发现在发育极早期的短暂时间里,有一群细胞具有分化为人体所有220种细胞类型的能力,它们就是大树的树根,即胚胎干细胞。这类神奇的细胞自从30年前被发现起,就一直是科学家眼中的明星。理论上,揭开这种细胞的神秘面纱,不但会让细胞疗法具备应用的先决条件,而且器官的个体化定制也将成为现实。然而,在明星光环的掩映下,伦理、宗教人士一直以来的诟病为胚胎干细胞的应用蒙上了厚厚一层阴影。

  指责的焦点源自胚胎干细胞的制备方法。在动物中(如多莉羊),通过体细胞核移植——即克隆的手段,可以得到含有胚胎干细胞的早期胚胎,但这一方法在获取人胚胎干细胞时却频频碰壁。无奈,现有的胚胎干细胞株系均是从志愿者女性捐赠的胚胎中获得的。鉴于这些胚胎有发育成生命的可能,在一些极端者眼中,这一手段无异于杀人。

  2007年,这一困境似乎有了转机。日本京都大学的科学家山中伸弥领导的研究小组找到了回拨细胞发育时钟的钥匙。他们发现,只需简单地向体细胞中导入四个基因,就能逆转其分化状态,使之表现出多能性。目前世界上多个实验室都已重复得到了诱导多能干细胞(简称IPS细胞),小鼠、大鼠、猴子及人等四个物种的十余种细胞都被成功诱导成IPS细胞。这一诺贝尔奖级的发现让很多疑难杂症——如平滑肌萎缩、家族性自主神经异常——有了疾病模型,也让I型糖尿病、阿尔茨海默症、帕金森病等世纪绝症患者萌生了治愈的希望。在器官定制的舞台,IPS细胞同样也是一颗冉冉升起的未来主角。

  器官定制初露峥嵘

  在了解到干细胞的巨大医用潜能后,科学家就开始了雄心勃勃的器官定制尝试。一个完美的定制器官需要在结构与功能上都要与原有器官保持一致。前者是指新器官外部形状和内部构造要同原有器官如出一辙,后者是指新器官中各种类型的细胞要能够有机整合在一起,确保功能的正常行使。

  如何制备出合适的器官骨架,确保新器官结构完好是摆在科学家面前的第一个难题。为此美国明尼苏达大学的科学家采用了“去细胞,留结构”的技术路线,他们利用取自死老鼠身上的心脏,通过一些方法去除掉心脏上的细胞后,完整地保留了心脏的基本胶原结构,然后向其中注入从新生鼠体内提取到的未完全分化的心肌细胞和内皮细胞,让它们生成心肌纤维和血管结构,最终成功得到了一个怦怦跳动的心脏。

  很快这些技术路线便进入到临床试验的阶段。第一个接受定制器官移植的患者是一位叫卡斯蒂略的西班牙女性。由于肺结核的侵蚀,卡斯蒂略的部分气管已经破烂不堪,正处于生死的边缘。依照传统的处理方法,她要么需要切除左肺,采用人工手段辅助呼吸,要么接受异体器官移植。前者会让她彻底失去正常的生活,而后者则迫使其要终身服用抗排斥药物。两难困境中的她在医生的建议下成了定制器官移植的第一个吃螃蟹者。采用的方法依旧是去细胞,留结构。气管来自他人的捐赠,细胞提取自卡斯蒂略的骨髓干细胞,经过体外培养后,一段改变命运的新气管便这样呱呱坠地了。令人欣喜的是,这次手术非常顺利,术后10天,卡斯蒂略就健康出院了。

  由于我们对器官发育过程的认识尚属浅显,因此以现有的技术手段,想要从一颗干细胞出发生成一个实体器官还是奢望。不过,利用干细胞尤其是IPS细胞的分化能力来修补一些受损的组织器官,这方面已展现出巨大应用前景。比如帕金森病的肇因是由于能制造多巴胺的神经元发生的缺失。在动物实验中,干细胞被诱导成这种神经元后再移植到身患帕金森病大鼠的脑部,会使病情有明显的缓解。一些因心脏病导致心肌组织缺损的情况同样也可以用这种方法治疗。

  如今的IPS细胞不但规避了伦理纠纷,而且其安全性也越来越高。起初诱导过程需依靠载体转入基因,这有可能带来潜在的安全性问题,现在凭借四种化学物质就有可能完全代替那四个基因的功能。另外我国科学家还发现将IPS细胞注入到小鼠的四倍体囊胚中后,能够得到具有繁殖能力的活体小鼠,这进一步证实了IPS细胞的全能性。展望IPS细胞的前景,诚如美国哈佛大学干细胞研究者霍舍得林格所言,它有可能像20世纪的疫苗和抗生素一样彻底改变21世纪医学的面貌。

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