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* C$ p6 B2 a, I9 V

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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。/ F7 y1 Y  K8 V' K: x, ^
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　　———事件回放———小孩的头盖骨被修复
& O1 v/ {$ H/ v& i" @% W8 \　　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。
) h% R1 {' K, L1 K$ q# z1 L6 E/ m4 `) R　　“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。+ U9 Z: |) i" D# e4 T
　　“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。: i2 C6 r( f1 X# s. G9 v; y
　　“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。$ ~/ T6 i7 k3 k1 k$ m6 U
　　“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。
6 P3 H( i( Z) p; z. H　　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。1 h& x4 l" c+ g* ~( C8 N& t6 s. Z
　　“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。
4 m8 b/ [6 x0 D) ^; m1 ]　　目前，像这样的颅骨缺损修复已经做了几十例。4 F# m, U! }: _) G

, ~; C8 g& Q! q* T　　———专项原理———建房子一样修复缺损组织
8 t/ j' q# u+ @2 z: b$ F　　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。
' ^- x' a  O4 ?, Z# ^! Q　　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。8 I( C5 _* `0 r
　　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。
3 b( @4 I! v( {; G　　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。) Y9 T5 k; i9 b+ c9 t* b$ u
　　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。7 Z& p& o* G$ \0 m5 ]9 V$ i( o0 y
　　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。
. D! T' O! q! B　　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。) ]- x5 M4 _% y# n$ \5 q
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　　———专项进程———研制出各种组织构建+ \( \5 J  `# D* [8 H
　　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。
! `" C) S6 l! w7 f  ?0 O! m' f  J　　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。
( P4 b2 {; ~, H& ~8 O- D$ ]　　“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。* F! m1 |+ X/ F3 S9 Q  r% D% T
　　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。
# M; v/ }  _5 y# ^: l: v( O　　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。, Y; ]2 u) y+ s6 ?4 [" \3 ?
　　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。
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4 |0 y2 P1 I/ E! J( B　　———专项产业化———我国正筹建组织工程医院
3 f  T! I7 J( N, W9 C6 b) b+ i" i9 F　　“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。
- r* v) ]4 k$ Y! X　　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。
8 T# L5 p2 o  @) s8 S6 N& ?# d　　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。% [2 f, l& Y$ R: [) P7 ~/ \
　　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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; ^1 L, m# ?. U" n) U/ o　　■编者按
+ u; n. {( u5 L/ ^/ O6 m4 v% ]6 W　　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。
4 P- k( |6 h8 ]! D  p　　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。
# p+ \1 b$ m/ ]5 K! E. _8 `　　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。
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作者:
& x7 M2 q9 u7 y$ q' r来源: 科技日报0 [! C9 {$ x9 B* ^9 l4 k
发布者: 刘斌