组织器官工程创造再生神话

bobo

日期: 2005-01-25 今日/总浏览: 3/15409 o& E: t0 K$ c7 Z) A/ `2 ^: @
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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。- k7 a, c; ~, N  M
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　　———事件回放———小孩的头盖骨被修复
) g( U2 b/ [% s; T. y　　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。
$ @* Y) q/ p7 `. }　　“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。; e" e7 P  E: g5 {% w- Q
　　“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。
- O0 g) Q8 i' D1 i　　“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。8 w5 k) g5 E3 @  h3 z  p& s
　　“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。- l; t' k* y- r" }, f" @
　　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。
7 t- l/ K% X' j% Z+ U% {" 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。
  [* i& p9 i2 t& A! l/ l. }　　目前，像这样的颅骨缺损修复已经做了几十例。
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2 G3 H: u9 F" E1 v. I4 {8 d) g% u# u　　———专项原理———建房子一样修复缺损组织
+ J& X/ S/ @; y　　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。
/ B: u+ I+ ^: @5 j$ w1 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。
( }% ?8 `' ^" q; H, P+ s( C- j. O2 |　　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。% l2 N) I8 C+ ~+ 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。
- s/ `# `9 {. G' X# \" d　　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。
! |! C+ ]) e0 {5 t' o　　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。- S" S" `6 K# a: G; ~0 _
　　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。9 v* Z* M, s7 {/ f+ g

% [1 K6 J% e3 D　　———专项进程———研制出各种组织构建
( \  q, h7 z1 X, i9 m　　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。: E! N* j, Q; A& G5 X' e* ?
　　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。( T* s1 \. n' D* }9 m
　　“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。
% r3 D3 u4 a) l' u, l4 W　　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。
$ L# _1 K2 Z/ {- k8 U# m　　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。5 Z) C& M- R  C
　　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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　　———专项产业化———我国正筹建组织工程医院
6 ^- L. W3 Z3 g+ Y- Z　　“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。# P3 k; B7 m/ U0 m; m7 _
　　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。$ `( v" l0 J7 j7 C  _3 }
　　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。
) ?/ u& w; O, I  Z1 H! T　　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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. ~2 N5 v* i" ^$ N: G: S& s! H　　■编者按
) R" _7 K- q! J2 s) z) I$ f7 ~: c　　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。' o7 L6 {+ a6 L$ l' A* z" f
　　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 k# \( B* T" d7 o/ R) L　　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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9 v2 S  ]1 ]# X6 S: s; F0 b, b作者: , X; Y. `6 h) Y/ Z
来源: 科技日报
6 O2 n. Y6 d$ E发布者: 刘斌