人造器官大盘点

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随着科学技术突飞猛进的发展，人造器官已经越来越多的出现在我们的视野里。' A4 {  K! L; a7 Q% u6 b
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人造器官主要包括机械性人造器官、半机械性半生物性人造器官和生物性人造器官。机械性人造器官是完全用没有生物活性的高分子材料仿造一个器官，并借助电池作为器官的动力。半机械性办生物性人造器官是将电子技术与生物技术结合起来。这种人造器官将人体活组织、人造组织、芯片和微型马达奇妙地组合在一起。预计在今后十年内，这种仿生器官将得到广泛应用。生物性人造器官则是利用动物身上的细胞或组织，“制造”出一些具有生物活性的器官或组织。生物性人造器官又分为异体人造器官和自体人造器官。而自体人造器官是利用患者自身的细胞或组织来培育人体器官。6 |' |" P( x$ k. e" z5 n! {; E1 N! l4 z$ [

9 A; P2 B  |* Z$ n' |- i前两种人造器官和异体人造器官，移植后会让患者产生排斥反应，因此科学家最终的目标是患者都能用上自体人造器官。科学家乐观地预料，不久以后，医生只要根据患者自己的需要，从患者身上取下细胞，植入预先有电脑设计而成的结构支架上，随着细胞的分裂和生长，长成的器官或组织就可以植入患者的体内。而他们也正在向着这一个目标前进。
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人造心脏3 i% ~0 H2 h' T6 n; J
心脏是人体的重要器官，一个人的心脏出现了问题，其他各个部分的正常运转都会受到影响。以往人们心脏出现重大问题只能等待心脏移植，但由于可供移植的心脏器官与等待移植手术的病患数量存在很大差距，使得很多人在等待心脏移植的过程中死去。因此用人造心脏来替代病变或损坏的心脏一直是医学界的梦想。
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1 F' u" f+ ~6 V其实人造心脏早已有之。该人造心脏由医用塑料和金属钛制造，内部装有一个用微型电动马达驱动的血泵，动力由一个同时植入患者体内的电池提供，电池可以保证人造心脏正常工作数年，一旦电池电力即将耗尽，只需进行手术，对电池进行充电即可继续使用。
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- f8 }# [5 v/ l( ^3 l而休斯敦得克萨斯心脏研究所从事再生医学研究工作的Doris Taylor正在着手从细胞开始进行重建心脏器官，希望它们有朝一日能重新跳动。如果这个设想成为现实，则可以降低器官移植接受者排异反应的风险。其实这是一个非常简单的原理。首先，去除死者器官上所有的细胞只留下蛋白支架，然后根据患者的免疫系统匹配相应的干细胞重新填充。这样一来，世界各地的移植器官短缺问题就轻松得到了解决。$ s" D  m9 h+ }- S; m
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要把培养皿中的细胞构建成一个心脏，需要首先构架一个心脏三维空间“脚手架”。目前，外科医生和再生医学研究员Harald Ott已经找到了一个构建心脏支架的新方法。用玻璃和塑料制造一个鼓形的腔室，外接一个塑料管，里面乘着一个新鲜的心脏。附近是一个泵，可以推动溶解剂通过塑料管到达心脏的主动脉。溶解液会通过血管网络被输送到心脏各处。这种流动的溶解剂会去除心脏中脂类、DNA、可溶性蛋白质、糖和几乎所有其他细胞物质，仅留下一个胶原蛋白、层粘连蛋白及其他结构蛋白构成的用于托举器官的网架。
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接着，产生的支架需要被重新填充。在该领域的大多数研究人员通常使用两种或多种类型的细胞“混合物”，如内皮前体细胞来铺设血管管道或者“种植”能长成心脏腔室壁组织的“种子”。Ott已经利用iPS细胞做到了这一点。
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最后一个挑战是最难的：将人造的心脏植入活体动物中，并让它能长时间保持跳动。工程器官可以在一段时间内生存。但尽管研究人员可以用血喂养人造心脏，并能保持它们跳动一会儿，但这些人造心脏都没有足够的泵血功能。研究人员表示只有人造心脏具有更高的运作能力，才可以把它移植到更大型的动物身上。( h6 }0 n/ m" K% n' R1 {5 g
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人造肾脏
+ A9 q1 |% }+ E4 u- i8 O9 S+ l+ ]对于很多慢性肾衰患者来说，透析是维持他们生命的救命稻草，但同时透析也限制着他们生活中诸多方面的自由。除了要花大量时间外，这项治疗还需要患者严格控制饮食和饮水，并且还要控制体重。不过研究人员正在研发的一款人工肾脏有望帮助慢性肾病患者摆脱束缚。9 J; ]0 j: }) |% O
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美国麻省总医院的科学家将在实验室培育的人工肾脏移植到小鼠体内后，这个通过“生物工程”法制造的器官成功地发挥了正常肾脏的功能——尽管效率上还不如天然肾脏。
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0 E, q7 G" j8 Z' N% W研究者们利用表面活性剂对新死亡的小鼠的肾脏进行处理，去除其细胞仅留下结缔组织——如血管的结构成分等构成的支架。然后，研究者接种两种细胞对器官进行再生：人脐静脉细胞和新生大鼠的肾脏细胞。" P6 f0 U& Q+ [% Q7 y5 P7 g, c

' h+ s* c* l1 r" ^( i- [$ }此前，已经有研究团队通过组织工程技术利用人类细胞研发出了体外肾支持设备，有的已经通过了早期的临床试验。不过外科医生和再生医学研究员Harald Ott认为，他们的生物工程肾脏，虽然发展得没有其他技术快速，但优势是可以像天然的供体肾一样用于器官移植。
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2 }( q2 g. }! K$ K7 ^Ott将这种生物工程肾脏效率较低的原因归结于工程器官的不成熟，他们所制造的肾脏可能并未包含一个正常肾脏所该有的全部细胞。但是他也指出，肾病患者在肾脏功能降至15%以下时才开始透析，因此只要制造的肾脏能够有正常器官20%的效率，就可以让患者摆脱透析。2 i' s5 I5 ^! E4 _% Z2 ?

  \5 z! L1 H4 x- v9 U1 `目前，研究者正在将这一技术用于制造人类肾脏和猪肾脏，同时还在研发更加成熟的控制细胞发育的方法。Ott希望他们最新发表的成果能够吸引其他生物学家的兴趣，并参与到这项研究中来。
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不过，生物工程技术再生的肾脏要用于人类器官移植还有很长的路要走。Fissell表示，几乎在所有的医学领域，从啮齿动物到人类的技术跨越非常困难，即便是器官支架也一样。不过他也认为Ott的团队的工作为了解肾脏发育以及修复提供了很好的平台。
# s& ~: N6 Z4 _- H, i人造皮肤
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20世纪80年代，有科学家先后研制出多种人工真皮，如来源于异体或异种(猪)皮的无细胞真皮基质、以胶原为主要原料经冷冻干燥后形成的海绵状胶原膜，此外，还有透明质酸膜、聚乳酸膜等，其基本特点是可诱导自体的组织细胞浸润生长，形成新的、结构规则的真皮样组织，从而重建真皮层。20世纪90年代以来，医学界已成功将复合皮用于大面积深度烧伤创面的修复，节省了伤者自体皮源，提高了就治率。这种人造皮肤直径约6厘米，厚度为2毫米，外形看起来就像张饺子皮。其来源于被割掉的、没有受过污染、最为纯净的新生儿包皮。这种将包皮的细胞消化、分离、培养后提取真皮组织和表皮组织，而后再将表皮细胞、真皮纤维细胞复合于牛胶原蛋白支架上重新长成的“人造皮肤”，不仅具有真皮层和表皮层，在色泽、质感、生物相溶性上也都实现了以假乱真。5 _. i3 A+ s) c3 _1 D

1 R+ O6 T, M; F6 S! h该人造皮肤可用于烧伤、烫伤、溃疡在内的皮肤创伤类以及皮肤缺损患者。其使用方法很简单，就像用创可贴一样，在无菌条件下打开内包装，小心清洗皮片，去除残余液体，然后分清正反面揭除尼龙膜，贴在创面，之后用纱布包住即可。专家说，目前临床使用过的患者，没有出现排异反应，一般在贴人造皮肤期间，患者也没有任何感觉，不痛不痒，以后就和自体皮肤一样。创伤较轻的患者一般一周时间就能恢复，创伤较重的恢复起来需要一个月左右。0 v2 F4 ]! g$ O9 L: {, T4 X

& ?; P. o+ r, T除了人工真皮，科学家还制造出一种可以感受温度和湿度变化的电子皮肤。电子皮肤是一种可以让机器人产生触觉的系统，其结构简单，可被加工成各种形状，能像衣服一样附着在设备表面，能够让机器人感知到物体的地点和方位以及硬度等信息。但是目前现有的电子皮肤大多只能感受外部压力，对湿度、温度无法进行感应，与真实皮肤差距较大，新型柔性传感器的发明，使电子皮肤具有了感受温度和湿度的能力，其功能向着真正皮肤迈进了一大步。其中纳米材料的运用，也是发明的一大亮点。4 f; i! H! u; \
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研究人员对于柔性传感器的研发一直充满兴趣，但这项技术却无法被真正的运用到实际中。若要被广泛运用，一个柔性传感器必须满足以下要求：能在低电压（与便携式设备的电池兼容）下运行，能感受较大范围的压力，能同时测量多个指标例如湿度、温度、压力和化学物质的存在。除此之外，这些传感器还必须具有快速、简单的生产流程和较为低廉的生产成本。- |/ j: |/ h4 P" |1 I. _
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人造肝脏
$ X+ z1 h+ A+ X. J8 b新加坡科技研究局的下级研究机构——生物工程与纳米科技研究院（IBN）的科研人员研制出与人体肝脏功能近似的“人造肝脏”，可用于新药品的毒性试验，从而降低新药研发的成本。, t* x: y0 v4 k; R
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肝脏是药物测试的重要器官，因为它能将药物中的毒素排除。那些无法被排除的毒素可能导致中毒或引发致命性副作用。研究人员利用含植物成分的中粘度羟丙基纤维素，制造与人体肝脏细胞功能高度相似的“人造肝脏”。8 s' b1 A( }; Y) ~0 C% r

, z1 `9 L2 T) `7 o' K研究人员认为，“人造肝脏”是首个能够敏感预测肝脏对药物长期反应的测试模型，可助制药公司在早期阶段发现新药物的毒性，“从而加速新药品的研发，有效降低成本，对药品制造公司和消费者都有利”。* Q/ n$ X4 U9 y% ?
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利用羟丙基纤维素，IBN制造了一种具有生物相容性的多孔支架，使得肝细胞能够自发地聚集形成三维的肝脏球体。这些球体与肝脏组织极其相似，因而可用于药物试验。IBN的创新性HepaTox芯片是一种“芯片上的肝脏”，可用于测试药物对肝脏的效果。通过将肝细胞接种与一种微流体系统，这种微型设备可用来筛查处理不同药物的能力。HepaTox芯片有8个通道，可同时对多种药物进行试验。这种小型设备可以显著减少对肝细胞和药物的用量，节约成本且不会降低效率。在IBN的微孔膜夹心培养技术中，肝细胞位于微孔膜之间，微孔膜可以控制药物、营养以及氧气向肝细胞的输送，从而获得更加稳定和可重复的结果。膜的表面经过设计可刺激肝细胞与基质的相互作用，促进肝组织的形成。实验表明，微孔膜可保持肝细胞功能两个星期以上，可用于慢性肝脏毒性试验以及工业级的药物筛选。; J: Z2 M$ D  X8 Q. V

6 D( V  O$ h4 ?  S- A; q人造大脑
$ I( w- Q8 U$ Z0 Y+ ?; i2 N, e0 f奥地利科学院的研究人员用来源于人类皮肤的干细胞培养成微型的脑类似器官——迷你大脑。该结构虽然没有任何成熟的生理结构，但是可以成为一个潜在的研究大脑发育和认知功能障碍的模型。在此之前，研究人员已经利用人类肝细胞培养成类似人眼的结构，甚至还培养成类似大脑皮层的组织层结构等神经组织。在这项最新研究中科研人员首先将干细胞置于人工凝胶上培养成功能更加强大、结构更加复杂的，与人体大脑和身体其他部位的天然结缔组织十分相似的神经组织。然后科研人员将新生成的神经团块结构置于含有氧气和营养成分的培养液中。: }, e! B4 N6 n: C

8 W+ ]5 y# ^( ]" `' i- p利用显微镜观察这个迷你大脑，科研人员发现了彼此相互作用而又离散的大脑区域，但是没有任何成熟的生理结构。这可能是由于诱导大脑成熟需要接收从身体其他部位产生的生长信号。这个球状结构缺乏血管组织，所以供血不足可能是导致其即使生长十个月，其大小也只有3-4毫米直径的原因之一。
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; X) E0 _  ?9 L0 f5 p' f  Q由于啮齿类动物大脑发育存在特定物种差异，小头畸形和其他神经发育障碍往往是难以复制的。该研究培养出的畸形结构也许能成为科研人员研究大脑发育和认知功能障碍的一个模型。研究人员还发现，从小头畸形患者的皮肤获取的干细胞培养形成的细胞团块不如来源于健康人来源的皮肤干细胞培养形成的细胞团块大。通过对该线索进行追踪，研究人员发现小头畸形患者的组织块内的神经干细胞过早分化，导致正常大脑生长所需的祖细胞数量大大减少。在培养皿中用干细胞培养出大脑是一项开创性的研究，虽然要培养出功能成熟的大脑可能还需要几年时间，但是该研究培养出的豌豆大小的神经丛对研究人类神经系统疾病是非常有意义的。
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$ w+ |, H7 I. \  `8 w$ J人造耳朵
% C6 D2 W9 f2 G, O* K: q) U美国麻省总医院的科学家成功在实验室培育出人造耳朵，能够为伤残士兵等耳残者带去福音。这种人造耳朵可利用患者自身细胞培育，与传统假耳相比拥有巨大优势，后者看起来非常不自然。: h- x* I3 m! i! F" I. R
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麻省总医院组织工程学实验室负责人表示，科学家在人造耳培育领域努力了20年，但一直未能培育出具有实用性的人造耳。科学家采取的方式是：利用患者的完好耳朵创建电脑模型，而后根据模型制造一个钛材料支架，外形与耳朵一模一样，上面覆盖骨胶原。随后，他们会从患者鼻腔或者肋骨之间提取一段软骨组织，将软骨细胞当成种子，播撒到钛支架。在实验室培养皿内培育大约两周后，钛支架生长出更多软骨。随后，研究人员从患者身上提取一块皮肤，缝合在支架上。
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麻省总医院实验室培育的人造绵羊耳在绵羊身上支撑了20周时间，证明他们的人造耳取得成功，能够应用于人类。此外，他们还利用绵羊细胞培育出在解剖学结构上与人类相同的耳朵，而后将其植入实验室老鼠背部，使其吸收营养，进行进一步研究。
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用于人类患者的人造耳朵将一直在培养皿内生长，直到做好移植准备。科学家表示：“我们已经克服了所有技术问题。”目前，他们正等待美国食品与药物管理局的批准，准许他们将人造耳移植到患者身上。5 M: A# x3 ~0 H, t* o4 S0 L8 U. |
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4年前，美国政府成立了武装部队再生医学研究所（AFIRM），推进生物工程学研究。AFIRM研究所前负责人表示：“我们的目标将这一领域的所有研究人员召集起来，研发一系列新技术，为伤残士兵带去福音。”' B- {" w* x% Q9 v: Q& S0 z3 |
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人造血管+ h) M( ^/ ]1 i9 ~& L

# P, {* W0 U0 }杜克大学医院的医生团队曾经成功将一段人造仿生血管通过手术植入到一位肾病患者的体内，据悉，这段人造血管是利用生物工程技术培育出的，而此次手术也是全美首例成功植入人造仿生血管的手术。9 i1 ^8 f# e9 T+ D: X

9 M7 E2 [# x2 S7 w0 T杜克大学医院的医生团队日前成功将一段人造仿生血管通过手术植入到一位肾病患者的体内。
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此次接受手术的患者是一位62岁的肾病患者，该患者多年来一直接受肾病透析，而人造血管可以加快血液流动，从而帮助肾病患者顺利完成透析过程。7 Y2 E' ~; h' P7 g0 ]; }9 ~8 \

* \% W( ^/ U: y  g7 D/ P- j1 F" t  V在经过两个小时的手术后，该人造仿生血管被成功植入到该患者的体内。由于该人造血管是利用人体细胞培育而成，所以将不会在患者体内引起排异等症状。而此次手术的成功表明人造仿生血管在安全性和有效性方面已经完全满足临床使用的要求。0 y- Z- \6 x+ J; J& [9 W/ P

5 U. n* B' y" G7 ~该项技术由杜克大学和Humacyte公司联合研发，他们先将捐献者的人体细胞在特定的设备中培养成人造血管形状，然后去除掉血管可能会引起免疫反应的特性，从而达到植入人体的要求。
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3 Q6 O- ?! S2 c7 {人造仿生血管的首次人类临床试验是去年12月在波兰进行的，而美国食品和药物管理局最近批准了一项针对20位肾透析患者的临床试验，该试验主要由杜克大学的研究人员负责。9 i" s' M, P0 Z" j; }

, k) P5 Q# _; c, x+ s* Q- g另据悉，研究人员还计划将这种人造仿生血管应用到心脏搭桥手术上，目前美国每年有40万患者需要进行心脏搭桥手术。, D. ?( N, l! |/ f; u

$ o# U2 p8 ?% @人造眼睛+ w( R7 L3 l* ~+ J, z+ n
南加利福尼亚大学研制的仿生眼项目——人造视网膜。旨在开发一种可以帮助因衰老或疾病导致视网膜受损的人恢复视力的人造视网膜技术，他们已经在志愿者身上对植入式微型摄像头进行了早期的人体试验。志愿者们佩戴着安装有数字摄像头的太阳镜，视网膜上安装了分布有电极的含银硅脂，数字摄像头将拍摄到的图像以无线的方式传送到硅脂上的16个电极上，电极产生的信号刺激视网膜上的神经细胞，就使盲人“看到”了图像。
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6 z/ S+ R5 [, c6 M; E$ I. N此外，电子眼也成了盲人重获光明的希望。很久以来，科学界一直在试图攻克人工视力的难题。1998年美国能源部牵头组织了数家实力雄厚的国家实验室和大学，共同创建了一个叫做第二视觉Second Sight的公司。它们推出的人造眼名唤“百眼巨人”Argus。这个系统由以下五部分组成：
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" ^# k& s: y) B- P8 G0 p* p1 P视频眼镜，整合在镜片中的两台数码相机，获取实时图像；视频处理器，把数码相机获得的图像编码成电磁信号；发射器，就在眼镜上，把处理器编码的电磁脉冲发射出去；接收器，一般放在耳朵上面的头部皮肤里，很小的一个天线，接收电磁信号，并通过一条细线传到眼球的后方；视网膜植入装置，这也是个芯片，1毫米见方，上面有很多个电极，按照处理器发出的指令依次放电，电信号经过视神经传到视觉中枢。
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8 t( z9 }% l' M. t9 V$ j, }$ Z- `第一代百眼巨人让病人恢复明暗视觉。2002年，第一代百眼巨人的视网膜植入装置只集成了16个电极。也就是说，植入了这种人工眼的6名自愿者只能看到16像素的明暗色块。这会让病人恢复明暗视觉。第二代百眼巨人让人看到光明、分辨基本形状。2009年7月中旬，第二代百眼巨人获得美国食品与药品监督管理局FDA的认可进入临床试验。二代产品拥有60个电极。这60像素的图案已经能帮助使用者看到光明，分辨基本的形状了——比如门在哪里。第三代产品正在试验，有望辨认亲人的面部特征。目前，拥有200多个像素的第三代产品正在进行试验，别小看了这不起眼的200像素，如果它能顺利推广，将能让至少两千万盲人重新拥有辨认亲人的面部特征的能力。1 q7 ^( T) p! G

8 T$ I- {. r0 V, ?4 a说到人造眼睛，就不得不提到义眼。佩戴义眼是一种面部缺陷的补救措施，并不能够使患者的视力得到恢复。但对失去眼球的人而言，这绝对是非常了不起的发明。目前全世界95%以上的国家，都运用高分子材料定制义眼片。这种材质让义眼具有较高的仿真性，不易褪色泛黄，使用寿命上达到15年甚至20年。
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- Y* M: A; a: V' x7 w人造鼻子, {3 R# A0 Q4 c% }
据国外媒体报道，伦敦大学学院的科学家在一名因皮肤癌失去鼻子的男性患者手臂上培育出一个人造鼻子。如果一切顺利进行，这个人造鼻子将从手臂上取下，而后移植到患者面部。科学家希望他们的人造鼻子能够让患者重获嗅觉。
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8 N9 W5 I7 v" E3 x$ C: K/ p这名患者现年56岁，是一名英国商人。伦敦大学学院的科学家从无到有培育人造鼻子在世界上还是第一次。这个新鼻子与患者以前的鼻子几乎一模一样，也略向左弯。培育人造鼻子是一种富有开拓性的治疗方式。
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培育人造鼻子的第一步是根据原有的鼻子制作一个玻璃模具，而后注入类似蜂巢的合成物质，为干细胞提供一个可以依附的支架，随后撤走模具。这个蜂巢式结构上面覆盖着数百万个干细胞，借助于合适的营养物质，它们可以发育成鼻子的软骨。这一过程在伦敦大学学院的一个生物反应器内完成。+ H9 h1 g( N, I2 {( ]

' _/ K2 ?- q/ H- \( W科学家利用一个植入皮下的小气球让患者手臂的皮肤逐渐伸展膨胀，直到足以容纳人造鼻子。大约两个月前，培育人造鼻子所需的支架制备完毕，随后取代皮下的气球。现在，这个新鼻子正在手臂的皮肤下面不断发育。之所以植入皮下是因为人造鼻子的发育需要神经网络和微小的血管，同时也需要皮肤的覆盖。大约3个月后，人造鼻子从皮下取出，而后通过手术移植到患者面部。手术不会给患者留下任何伤疤。手臂的皮肤缝合后逐渐恢复正常。
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3 U7 t& N, z% h- e7 z9 g& ]这名患者不希望媒体透露他的性命。在患上皮肤癌后，他为了消除肿瘤切除了鼻子。手术留下的伤疤以及没有鼻子造成的心理创伤导致他不愿出门。如果这例人造鼻子培育和移植手术获得成功，将让其他类似患者受益，例如车祸受害者以及伤残士兵。

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这些人真是太伟大了。有哪些是中国人造出来的么？

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最后那个鼻子的太强大了！