中科院戴建武主任：“人体4S店”正在成为现实

菌心说 2023-04-24 发布于北京

展开全文

来源：科普细胞

✦

近年来干细胞治疗技术的快速发展，已经为很多难以治疗的疾病带来革命性的变化，干细胞将成为机体自我修复的有效治疗方法 。

✦

一部好的汽车，如果要让他运行十年二十年，或更长时间需要进行养护，不然的话就跟出租车一样6-8年肯定报废。人其实跟汽车很相似，人体在运行过程中也需要养护，也需要修理，器官上有些部件也需要置换，干细胞或许就是这个人体4S店的基础部件生产材料。

干细胞治疗心脏病

2009年初，迈克·琼斯（Mike Jones） 65岁，患有充血性心力衰竭（congestive heart failure），他的心脏一直不能有效泵血。

幸运的是他遇到了干细胞治疗专家罗伯托·波利（Roberto Bolli）。2009年7月，琼斯成为世界上第一位接受自体心脏干细胞移植疗法的病人。

治疗前，琼斯几乎不能爬楼梯，而如今他可以自如地劈柴，在自己的庭院中清理掉落的树枝。他的“心脏射血分数”（ejection fraction，衡量心脏泵血功能的一个指标）已经从治疗前的20%，提升到接受治疗两年之后的40%。

从那时起，已经有数百名心脏病患者接受了类似的治疗，医生从病人自己的心脏、骨髓或非亲属捐献者身上提取干细胞，再回输到病人体内，这些病人的情况都有所改善。研究者认为，这些干细胞能够构建出新的组织，并刺激其他细胞分裂。

启动心脏泵

心脏肩负着把血液流通全身的重任，但它却是细胞更新最慢的器官之一。生物学家估计，心脏每年可以更新的细胞数量，只占心肌细胞总数（40亿—50亿个）的1%，这些新细胞来自心脏中成体细胞和干细胞的复制。

自体干细胞可以在一定程度上帮助心脏修复。比如在心脏病发作后，损伤部位周围的干细胞会分化成新的心脏细胞，并刺激已有的心脏细胞分裂。

然而，这种自我修复只能持续1周—2周，远远不足以替换一次典型的心脏病发作所损害的十几亿细胞。因此，心脏病发作的结果就是造成大面积的、僵硬的疤痕组织（scar tissue），从而导致这个本来效率很高的器官变成一个松垮无效的血泵。

干细胞治疗是给心脏注入大量的自体修复细胞。实验表明，一部分注入的干细胞会分化为成体细胞，但大多数细胞会在几天内死亡。然而在细胞死亡之前，它们会分泌多种可以促进健康心脏细胞增殖的蛋白，并且分泌可以降解疤痕组织中胶原蛋白纤维的蛋白酶，从而促进心肌组织的再生。

通过一根接入冠状动脉的导管，16名患者分别输入了100万心脏干细胞，另外7名患者接受了标准治疗（使用β-受体阻滞药和利尿剂）。4个月后，接受干细胞治疗的患者的平均射血分数从最初的30.3%提高到38.5% ，但接受标准治疗的患者几乎没有改变（从30.1%到30.2%）。接受干细胞疗法一年后，患者疤痕组织的平均重量下降了30%。

“减少疤痕组织并代之以新生组织，就是我们现在所追求的目标。未来我们将彻底改变心脏病的治疗方式。”

“超级胶水”疗法

利用天然胶黏剂可使肌肉、肌腱甚至器官再生。

多年来，无论是研究人体还是其他生物体，生物学家大多将注意力集中于细胞内部的活动，而忽略了机体内将细胞整合到一起的“胶水”。

当研究人员开始深入研究细胞间的这些物质，即细胞外基质（extracellular matrix）时，他们开始意识到，这是一个十分复杂的动态系统。长期被忽略的细胞外基质不仅组成了维持动物组织和器官所必需的生物支架，以避免组织和器官溶解成一团糊状，还能释放信号分子，帮助机体进行自我修复。

在这种认识的基础上，研究人员目前提出一种新的组织工程疗法——让天然生物支架发挥修复能力。

这种方法是从猪等动物的天然组织中提取细胞外基质，然后将其植入严重内伤的病人体内。新植入的支架可能释放信号分子，吸引半特化的干细胞从身体其他部位迁移到损伤处，填补缺损，进而分化成损伤处原有的特定组织。最终，这些植入的支架将被人体内的蛋白和纤维替代，完全清除外源植入的痕迹。

研究人员正在飞速地把这一设想变为现实。外科医生已开始尝试让人体再生新的肌腱，他们希望，在不久的将来可以常规化地重建大块肌肉组织，甚至器官。美国国防部成立了专家组，对在战争中因爆炸而导致胸部、手臂或腿部严重受伤的士兵进行治疗。在这类研究中，美国国防部已投入了数千万美元。

疤痕与再生

专家认为，总有一天可以证明细胞外基质移植对于治疗爆炸中的幸存者非常有益。他指出，哺乳动物的身体对受伤作出反应的方式很有限。对于小伤口，比如被纸张划破的伤口，在炎症细胞局部聚集、对抗感染并清除损伤组织后就会消失，很快就会被正常皮肤完全替代（不会产生疤痕）。而另一方面，遭遇路边炸弹袭击而幸存下来的士兵，其体内某个特定肌肉群可能会损失20%—80%的肌肉组织。

研究人员认为，在这样严重受伤的情况下，身体再生组织，进行自我修复的能力已经不足以完全修复损伤，未修复处就会被密集的疤痕组织填满。疤痕组织虽然能与周围的存留组织相连接，但会导致组织功能丧失。在这种情况下，最佳选择可能是截肢，并安装假肢，以便使伤者获得更大的运动能力。

研究人员利用细胞外基质移植疗法，治疗了80名肌肉重度损伤超过6个月的病人。经过高强度的物理治疗，确保机体已经最大程度地替换掉受伤肌肉组织后，外科医生重新切开伤口，取出已形成的疤痕组织，放入生物支架，并将其连接在周围的健康组织上。

前期治疗结果十分令人鼓舞：经过细胞外基质移植的治疗后，研究人员对病人的肌肉进行活组织检查（Biopsies）时，观察到的结果与在动物实验中所看到的生化变化完全一样。

打印器官的内部血管

要构建能正常工作的大型器官，研究人员需要找到一种在支架内部形成血管网络的方法。

而医学专家阿达拉提出了一种令人震惊的方式，他展示了身后一台机器内部的电机——画面显示，电机正在反复“编织”，将实验室培养的活细胞一层层地堆积在一个中央平台上，电机的所有动作都基于一个高度精确的三维数字图案。这个过程称为三维打印，它的工作原理类似于喷墨打印机，只不过喷墨打印机使用油墨，而这台三维打印机使用了活细胞溶液。通过将人体细胞一层层地堆积起来，这台机器最终“打印”出了一个真实大小的肾脏。这个过程就像人们利用个人的三维打印机制造出咖啡机的塑料零件一样简单。