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本帖最后由 sunsong7 于 2013-10-23 13:47 编辑
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用基质实现的“再生梦”
9 m ?8 j3 `! Q! ?, P. K: i; c y- k转自【生物探索】7 Y* T* _- f3 e* i/ ^0 K1 }
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导读
) D( \/ q6 X% S v3 J' W2 M# x; E& |& z人类一直羡慕那些失去器官依然可以通过细胞修复而再生出新器官的动物，然而如此强大的人类却不能做到再生器官，但是现在人类的再生之梦已经成为现实，用基质重新构建身体的组织可使器官再生，重建身体。
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这不是科幻小说：从动物组织上取得一种名为细胞外基质的物质，通过它让人体的某些器官或肌肉重生，且不会遭到人体免疫系统的排斥。4 q# s1 e# J6 K+ I2 m) ~
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罗恩•斯特朗中士至今记得，那个星期天是复活节。他和一队战友在阿富汗赫尔曼德省的一条公路上巡视，突然一颗炸弹在附近爆炸了。一同受伤的有十个美国和阿富汗军人，而斯特朗是其中伤势最严重的。他被输了42包血，又被直升机送到了德国，在沃尔特里德陆军医疗中心治疗了一个多月。. R7 z4 J% l3 E \4 l
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尽管幸运地保住了双腿，但斯特朗的左大腿上已被弹片剜去了一大块皮肉，那里曾是四头肌所在的部位。回到家后，这位健壮的前海军陆战队员只能很别扭地走路，跑步则成了幻想。“经过几个月的理疗，我总算可以向后踢腿，却没法把腿往前送，因为剩下的一点肌肉根本不够用。”由于走路时总是偏向右半侧，斯特朗所有的肢体都向一边扭，膝盖、背臀、脖子总是疼。“我最擅长的事变成了摔跤。”
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但这都是两年前的事了。如今，斯特朗能自如地走路，在跑步机上锻炼。他还准备找个警察的职位，也算是军队生活的一种延续。“如果你仔细看，会发现我走路有点跛，但所有人都想不到我还能恢复成这样。”
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从猪肉到肌肉
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人们还想不到的是，帮助斯特朗的是从猪身上取下来的一块薄片。
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+ |, _) \$ w9 F& U, P. {这块薄片，叫做细胞外基质（Extracellular matrix）。它是由细胞制造出来的物质，可以说是动物身上的建筑材料，所有的器官和组织都是靠它来支撑。多年以来，科学家一直以为它的作用就是用来固定器官。直到有人发现细胞外基质还有一种功能：对身体发出信号，让某些器官或组织生长和自我修复。而且，从别的动物身上取来的细胞外基质，发出的信号照样能让人体听从。
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1 b9 X3 L; r( l修复斯特朗的腿部用的正是细胞外基质。他是第一批接受这种新疗法的80名伤兵之一。这项试验疗法是由美国国防部技术转移办公室拨款的，在临床试验成功之后，许多美国普通市民也能受惠。& _, x8 A& f+ ~1 k; w8 q
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匹兹堡大学医学院的外科医生彼得•鲁宾是这项技术研究的带头人。去年秋天，鲁宾将斯特朗大腿上的伤疤全部切除，然后将一张羊皮纸薄厚的动物组织缝在了仅存的一点肌肉上。这张东西就是从猪膀胱上取出来的细胞外基质，它主要由胶原蛋白和其他蛋白质构成。在缝合之前，研究者先将细胞外基质上的所有活细胞都剥除了，只剩一个错综复杂的立体蛋白质网架。这样，人体对它的排斥程度可以降到最低。7 I8 n8 ]- A9 N1 T% f' J( R
( |4 j6 [! ~# B, {- j- k很快，斯特朗的身体开始分解这块基质，与此同时，基质向斯特朗的身体发出了一系列信号，将干细胞都召集过来，让它们开始构建肌肉细胞。尽管事先剥除了活细胞，但这块基质还是引发了人体免疫系统的一些反应，不过这是有好处的。
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" `: ^& u( h+ @% T2 D“其实，你需要免疫系统发现这个东西。”研究的另一带头人，斯蒂芬•巴迪拉克教授解释，“人体会说‘这玩意不是我身上的！但它告诉我应该做些修复重建工作，最好还是听一听。’”于是，人体在基质的激发下开始自我修复了。
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- ]$ N- _- _; v3 Z5 k1 y; i细胞外基质发挥作用有个条件：得和健康的肌体组织直接接触。这就是切除斯特朗的伤疤的原因。因为伤疤组织没法接通任何血管和细胞源。一旦缝合到了肌肉上，基质便可以跟随肌肉的运动伸展收缩。做完手术第二天，当斯特朗开始做理疗康复时，这块组织会感受到机械运动的重负，然后意识到它应该变出一块肌肉，而不是其他什么。4 b+ Y4 ?' J0 n* r T5 p$ I$ h
5 q( p5 ]5 B+ K8 z% g+ T指挥人体进行修复重建# x- F J: e1 l; i* |+ n( ~1 h
+ X, w* i+ m8 |“我们在试着与自然合作，而不是对抗它。”巴迪拉克教授是细胞外基质应用上的先锋，早在二十几年前就开始研究这种物质了。当时他在普渡大学生物医学工程研究室。一次，在研究人造心脏的时候，他需要将血液从身体的一侧运送到另一侧，但巴迪拉克并不想用人造材质的输送管，因为那样可能会引发血栓。- H+ o- y- [2 X* l# X$ }& j
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“我开始琢磨，有什么生物组织长得像管子呢？”他回忆，“肠子！”于是，他将实验室里一只名叫洛奇的狗麻醉了，将心脏附近的主动脉换成了它身上的一截小肠。（巴迪拉克承认，这种试验放到今天肯定是很难被批准的。）
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第二天上班前，他已经对最坏的结果做好了思想准备。但推开实验室的门时，洛奇居然在笼子里站了起来，摇着尾巴要早餐吃。“这真是太酷了！”: |( D2 e4 [, u/ ^
# b/ G/ a9 E0 G$ u4 m他们随后对洛奇进行了检查，发现在这段时间里，那截肠子已经驱除了构成肠道用的细胞，转而获得了用于构造血管的细胞。也就是说，它已经自动转换成了血管。“后来我们慢慢发现，这里面起了决定性作用的就是肠子的细胞外基质。”0 n# M) k! A2 _) `
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其实，从猪、羊和其他动物上提取细胞外基质，用来治疗肩肌腱损伤、疝气和其他人体损伤，这种疗法二十年前就开始应用了。“但人们只是把它当作一种固定东西的网状物，并没有意识到它还能指挥人体进行修复重建，而我们是第一个想到的。”巴迪拉克非常自豪。$ l) [3 A& s( r; v# F" R
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最初签订治疗合同时，斯特朗是疑心重重的，“医生们向我描述着即将进行的治疗，我觉得就像在听科幻小说。”但他有着强烈的康复意愿，而且身体状况也符合手术要求：这种疗法需要病人还有一些肌肉残留，以及没有被破坏的神经，不然缝再多细胞外基质也没用。
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, g0 b O2 ?% }) M ]) y1 M手术后不久，他已经开始大踏步走路了。“我可以弯曲膝盖，把腿往前轻轻一踢，靠着重力和惯性，接下来的动作自然而然就完成了。”手术两周后，斯特朗已经可以跟朋友去森林里打猎了。随着细胞外基质的分解吸收，斯特朗的进展速度开始下降，但他一直都在进步。尽管他的左大腿上仍有个怪异的大坑，但这正好清晰地展示了，只需要一小片新肌肉，人的腿就能重新运作。' J9 D4 x+ H9 L) ~/ ? K9 n
- }0 g6 T R8 i# b( ~医生们对斯特朗和其他人的恢复状况也很满意。“当然，我们让他别抱过高的期望。这并不是魔术，不能帮他把整条腿都长回来。但他肯定会有改进，可以做以前做不到的事。”尽管这种疗法仍在试验发展阶段，但它无疑给成千上万名伤兵带来了希望。他们在战场上失去了四肢上的大部分肌肉，在过去，最好的治疗方法只有截肢。$ O2 T; x% x, V, u0 S% X
8 O* T$ A( ^# n这个疗法同样能解决一些别的问题。“比如，以前去拥挤的餐厅或公共场所，我总得花很长时间规划，找一个离出口近的地方坐。因为我行动太慢了，一旦发生什么紧急情况，我得来得及逃出去。这事困扰了我很久。”斯特朗笑着回忆，“如今，我可以想坐哪儿就坐哪儿了。”
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) T& G+ u5 e0 \: D再造肌肉是一方面。如何重生断骨呢？这正是美国匹兹堡卡梅尔医疗公司在做的事情。除此之外，这家隶属于卡耐基梅隆大学的公司正在使用的基质，是由人类血液制造而成的。这家公司的管理者艾伦•韦斯特（Alan West）说：“我们的材料实际上是高浓度的血液凝块。”正是近来动物实验的成功，促使韦斯特在人类自愿者身上进行尝试。
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这种生面团一般的物质携带了许多能促进骨骼修复的生长因子。在南非长达一年的实验中，这种“骨骼填充剂”应用到了10位自愿者断裂的小腿骨或胫骨上。虽然韦斯特说目前报道实验结果还为时尚早，但他暗示，在自愿者身上观察到的快速康复，能够使他们获得更大规模实验的批准。这些实验将在欧洲展开，会在其他骨骼上进行。: s* P- N5 L" N5 {
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与超级病菌抗争
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罗博不是普通的病人。在她位于美国北卡罗莱纳州立大学的实验室中，材料工程师已经制成了一种特殊的、能够自我降解的超级绷带，它能够快速愈合感染的伤口，不需要按标准疗程使用抗生素，也不会留下疤痕。
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7 Q: V9 X2 L; U! Q6 u6 y罗博的超级绷带的核心，是一种可降解的材料。除了你体内新生的、健康的细胞以外，它不会留下任何东西。不过，天然基质的功能仍有限制——罗博知道天然的人类细胞外基质是不抗菌的。但她真正开始思考这一问题，是源于一位朋友去医院进行踝关节更换手术后伤口感染了MRSA。“最后她不得不截去膝盖以下的腿部，”她说，“对于如何再生不同组织，我们已经了解了很多，但如何才能保护你不受耐药超级病菌的入侵呢？”
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因此，罗博开始致力于研发一种可以身兼两任的合成基质。这需要在不将新鲜肉体暴露给细菌的情况下，让基质慢慢转化为病人自身的组织。她说：“解决方法就是，不需要更换的绷带。”
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通常，基质来源于人类或猪的遗体。为了研发她自己的版本，罗博从聚乳酸（一种用于医学移植的、能够被生物降解的物质）开始，将其塑造成能模仿皮肤结构的纤维。“奇妙之处在于我们能用这些纤维做的事情，我们能让它们成为固态的、有孔的或者凹陷的结构。”她选择了一种有孔结构，能够在其中充填抗炎药的混合物和银离子抗菌剂（一种含有少量银离子、可对包括MRSA在内的大多数耐药细菌产生致命效果的物质）。这种材料通过两个阶段发挥作用：首先释放物会将所有病菌覆盖，然后次生防卫系统慢慢渗出以摧毁任何入侵者。结构决定了银离子与其他药物的释放速度。罗博对银离子在猪体内的渗透进行了测试：就连由MRSA或大肠杆菌造成的4厘米长的伤口都能被修复。" i8 i, ]" a; x ^1 w5 T
$ O X+ w3 s7 d! A. N& q在观察了许多次绷带对病猪发挥效用后，她将其用在了自己的伤口上，这才是绷带的真正意义所在。她说：“我将它贴在伤口上，3天后疼痛感就消失了。”不久，绷带也不见了，留下了一道深色的伤疤，现在就连伤疤也几乎消失了。罗博计划将她的成果公诸于众，但有一条信息除外——她说：“我不会泄漏自己伤腿的数据。”
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( y* ^+ N* J6 P' p重建大脑
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基质拥有一系列灿烂的前景。比如，罗博正致力于研发基质的多层版本，能够对严重车祸中遭受的多种组织伤害进行同时再生修复。美国得克萨斯农工大学的格雷格•比克斯（Greg Bix）发现了一种基质的关键成分：被中风损坏的大脑基质释放的一种信号分子——基底膜蛋白多糖域五。它能促进大脑完全自我修复，同时促进新血管的生长。比克斯向人工引发中风的白鼠体内注射DV，结果令人震惊。他说：“两个星期后，你根本无法分辨它们得过中风。”4 C' G$ W7 Q2 s' C9 ^
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9 g# [4 ^( ^2 a这些治疗方法成为现实之前还有很长的路要走，但罗博充满信心，相信在不久的将来，她的想法会转化为治疗皮肤伤害的方法。同时，虽然主要人工器官的出现还需要十几年的时间，但如奥特及其他研究者断言的那样，基质会帮助治愈更多常见的身体损伤，如巴迪拉克等人所致力的肌肉、骨骼和组织修复。
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随着抗药性细菌在医院内外滋生繁衍，最简单的皮肤伤害都有可能产生严重威胁，这也正是罗博的免更换绷带的意义所在。罗博说：“现在，医院可是个极为可怕的地方。” |
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发表于 2012-2-4 16:59
发表于 2013-10-23 13:45
