组织器官工程创造再生神话

bobo

日期: 2005-01-25 今日/总浏览: 3/1540
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在863计划十五周年成就展上，一只背上长着人耳形状的小老鼠成了引人注目的“明星”，这只小老鼠让人们直观地了解到了组织工程。如今，组织工程不仅在动物身上长出骨、关节软骨、角膜，还开展了在人体上修复颅骨、皮肤的临床应用。
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　　———事件回放———小孩的头盖骨被修复0 ]" _5 M8 {9 `* _' Q3 C
　　2003年的一个炎炎夏日，一位新疆来的老伯领着孙子，来到上海第九人民医院，径直找到“明星”小老鼠的“始作俑者”曹谊林教授。
: j, |+ N$ ]0 [2 g6 t　　“能不能像报纸上报道的那样用细胞来修补孙子的头盖骨？”原来，一场车祸造成男孩颅骨粉碎性骨折，经过抢救，虽然保住了生命，但孩子的头部却留下巴掌大的颅骨缺损：额头明显凹下一块，甚至可以看到薄薄的一层皮肤下内部的脑组织。到当地和北京多家医院就诊，得到的回答都是等到成年以后再治疗，或者现在先暂时放一块材料，等长大后再重新换一块。7 k% T, I3 N, Z: W/ J9 _) I; M
　　“孩子在学校里连体育课也不能上。”半年前和小朋友撞了一下，别人一点没事，他却是轻度脑震荡，整个人又昏迷过去，幸好到医院治疗后没什么大碍。$ U/ ?) O/ D0 B! o
　　“我们整天提心吊胆，生怕再有意外发生。”正在一筹莫展时，他在报纸上看到曹谊林教授用细胞来修补头盖骨，因此千里迢迢地赶到上海，把全部希望寄托在曹教授身上。3 [0 S* I: y2 R  y6 ^' P3 A
　　“就传统的治疗方式来说，未成年患者的颅骨缺损是比较棘手的问题。”曹教授说，颅骨缺损的治疗可采用自体骨移植，如取肋骨移植，如同“拆东墙补西墙”。这对于成年人来说都是一个不小的创伤，更何况儿童肋骨未完全发育，不可能有足够的组织供移植。
% e" z6 u. w, K, I　　另外一种方法是，采用人工材料如钛合金等进行修补，但这些材料与人体正常的骨组织是截然不同的，有可能发生排异反应，造成手术失败。最重要的是其毫无生命力，在体内只能作为填充物，无法有正常的生理功能。特别对儿童患者，人工材料不会随着正常骨组织一起发育，因此在多数情况下医生让患者等到成年以后再治疗。; V/ P8 x  s$ o' @
　　“新的组织工程治疗，只用5ml的骨髓，利用自体的细胞形成新骨，达到真正意义上的生理修复。”曹教授告诉记者，他们采用了组织工程的方法修复小男孩的颅骨，现在已经一年多了，经过临床观察，证实新形成的骨完全修复颅骨。
( M! [9 s, G0 B3 b3 n, m3 D　　目前，像这样的颅骨缺损修复已经做了几十例。! f' `; E8 ]: J& K9 i0 {
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　　———专项原理———建房子一样修复缺损组织: U8 x# Y5 e/ n* p) r
　　曹教授究竟是怎样实施手术的呢？我们来看一下详细的治疗过程。
) P, X6 H# u9 Q2 }$ c! J　　首先，从患者自体抽取几毫升的骨髓，将骨髓在最短的时间内送到专门的细胞培养实验室，然后技术人员分离出几百个骨髓中的干细胞。
5 j8 P3 X' _5 ?0 O　　就像种麦子要撒种子一样。以干细胞为种子，模拟体内的生长环境，经过几十天的培养，这时细胞数量已经达到1个亿左右，同时这些细胞被诱导为成骨细胞。
" ^, `& N2 ^$ W5 g# r3 c' O　　如同人要住在房子里一样，细胞扩增后，要给它一个生长的环境。在细胞培养的同时，医生会将患者三维CT的数据输入电脑，通过CAD软件的处理，制备和该患者完全相同的颅骨模型，然后根据模型将可降解的生物材料进行塑形，与患者的缺损部位密切匹配。
' o1 d- T& ^& }　　这种生物材料像海绵一样具有强大的渗透性，将培养的细胞接种上去，“长”成复杂的组织和器官。通过手术回植到患者体内，固定在缺损部位。$ T3 r7 S7 O. z
　　那么，在人体内的支架材料到哪里去了呢？原来，随时间的推移，支架材料逐渐降解，被人体吸收，细胞继续生长形成成骨，逐渐提高强度，发挥其保护脑组织的生理功能。这就是组织工程骨修复颅骨缺损的全部过程。1 v" @  T7 U, g9 Y3 |. v9 u
　　至此，我们明白了组织工程的原理，就如同钢筋混凝土进行浇注的过程一样。首先用生物材料预制成各种不同形状的支架，支架内部形成很多小的相互连通的腔室，再将细胞浇注于生物材料支架上，细胞在众多小腔室内通过粘附作用驻扎下来，开始像蚕一样合成大量的细胞外基质。随着各个小腔室被填充完全，生物材料构成的钢筋逐渐降解成对人体无害的物质，各个房间之间逐渐打通，最终形成了不含生物材料、完全由病人自体细胞组成的各种组织或器官。
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! E  t* ^2 Y2 C% l& P　　———专项进程———研制出各种组织构建
. D/ Y$ W0 k3 V  s' o0 N" N! K　　将种子细胞接种于生物材料后，即可构建各种组织和器官，修复缺损在现代医学手段下，变得轻而易举。当人体组织或器官发生故障时，像更换汽车零件一样对受损的组织或器官进行更换，这为许多患者带来了福音。; k4 h) D3 r% N7 }, D4 _, x
　　一些人长期患有关节炎，关节水肿，疼痛难忍，行动不便。为了缓解患者的痛苦，传统的治疗方法是把整个膝关节换成金属合金的。* A' i; x2 ]' ~  B/ |; c
　　“好比发动机坏个螺丝，就整个换掉发动机一样。”上海组织工程研究与开发中心副主任崔磊教授说，这种患者其实是关节软骨缺损，也就是老百姓俗称的“脆骨”，缺少润滑液，导致运动功能丧失。
3 s' P; F# ]# u: m1 Z" s　　而组织工程恰恰只是把“生锈”的螺丝换掉。组织工程采用自体骨髓基质干细胞诱导的软骨细胞，体外培养扩增并与生物材料复合后直接注射于关节软骨缺损部位，软骨缺损得到了不同程度的修复。! I' ?$ C5 z% Q
　　对于要承受一定弹力的肌腱怎么再造呢？崔磊说，首先将肌腱细胞接种于生物材料上，然后将细胞和材料复合物两端固定,通过生物反应器内的力学装置对复合物施加间歇性的拉力作用；经过大约6周左右的时间,随着生物材料的逐渐降解、新的细胞外基质逐渐形成，一根具有一定力学强度的组织工程化肌腱即可形成了，与正常肌腱组织十分接近。
$ l6 _0 P; G" r' e　　崔磊告诉记者，目前组织工程已经形成了一批具有自主知识产权的创新成果，成功构建了组织工程化骨、软骨、肌腱、皮肤、角膜基质、血管组织。3 J1 L/ o( ?- g# O3 ~
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　　———专项产业化———我国正筹建组织工程医院, ~$ ^* I/ e. ?! F  D# S# E
　　“尽管在基础研究方面，我国与国外还存在一定的差距，但在组织构建方面我国已经达到国际领先的水平。”谈及我国组织工程的发展水平，崔磊这样表示。
( ^. e2 i1 c; i& S# s6 ^) r0 `/ ^　　国内组织工程研究与国外相比起步虽然稍晚，但中国组织工程研究强调应用，重点开展高等哺乳动物体内的组织构建及修复组织缺损的研究，这为组织工程的临床应用和产业化奠定了基础。日前,国家批准成立组织工程国家工程研究中心(上海)，标志着我国组织工程研究率先进入产业化阶段。
& ~- {$ u1 k7 v　　崔磊说，组织工程学是一门交叉学科，涉及生物学、现代医学、材料与工程学等多门学科。因此，组织工程学的研究可以带动相关交叉学科的发展，推动生物材料、生物反应器等新的高技术产业和产业群的形成。# I2 f/ I! V& h+ f$ L
　　曹教授告诉记者，目前已经有近百个病人在等待修复颅骨。据悉，国家正在筹建专门的组织工程医院，以后会有专门的“组织/器官培养工厂”，采用流水线操作，将大大缩短病人等待的时间。随着组织工程研究的不断深入，在不久的将来，有望利用这门技术修复更多的组织和器官的缺损。
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$ }  I! L2 q! d5 A　　■编者按! J& [  }4 r! c0 Q3 \* v
　　组织（器官）工程是研究和开发用于替代、修复或改善人体各种组织或器官损伤（包括功能和形态）的新兴技术领域，已成为生命科学研究领域的国际性前沿课题，蕴含着巨大的科学价值。
% O$ D' x8 `% U/ K+ T9 |　　我国组织缺损修复市场需求巨大且主要依赖进口，对我国的社会经济发展造成极大的负担。组织工程产品开发与应用的广泛开展，不但能够从根本上解除广大患者的痛苦，而且具有广阔的市场前景与巨大的社会经济效益。
3 o# Z8 Z5 n2 h* G" Z! X$ p3 x, @　　该专项的实施将以替代、修复或改善人体各种组织器官损伤的“再生医学”为主要研究方向，以组织工程化组织的临床应用为最终目标。3 E" h* X) J- w& f6 G, k5 Z; m6 [9 @( d
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作者:
; A- @. }+ ~/ |9 G# A, |来源: 科技日报9 c4 D1 u1 p$ d9 Z: @
发布者: 刘斌