科技随笔:量身定做一个肾

2013-05-01 09:21:50  来源:新华网

  (记者王艳红)美国科学家在新一期《自然医学》杂志上报告说,他们在实验室中培育出的人工肾脏移植给大鼠后,发挥了一个肾脏应有的功能,虽然工作效率打了不少折扣。

  体外培育出肾脏这样复杂的器官,移植到活动物体内之后能发挥作用,还是全世界第一次。虽然离临床应用还很遥远,但这一成就使在实验室中为患者量身定做一个肾脏乃至肺、肝和心脏的梦想变得更现实了一些。它可能同时解决困扰器官移植领域的两大问题:器官短缺和排异反应。

  人工肾脏能工作

  体外培养器官的想法不算新鲜。十多年前,干细胞研究开始取得一些重大进展时,不少人就雄心勃勃地想着用这些“万能”细胞来重建人体组织和器官,给器官移植带来全面变革。干细胞是尚未分化的细胞,有潜力发育成皮肤、肌肉、血液等特化细胞。

  在实验室里培养器官,要先制造出器官框架作为“脚手架”,再在框架上铺一层干细胞做“种子”,让它们分裂发育成器官各个部位所需要的细胞。美国马萨诸塞综合医院的哈拉德·奥托等人从死亡的大鼠身上切下完整的肾脏,用化学溶剂把上面的细胞“冲洗”掉,只剩由胶原蛋白形成的框架。它保留了肾脏的三维结构,包括血管、输尿管等管道结构。

  随后,研究人员把框架放在装有氧气和营养物质的玻璃罐里,在肾动脉、肾静脉和输尿管上连接管道,将人类干细胞输送到动脉和静脉里,并将新生大鼠的肾细胞输送到输尿管里,从而给整个肾的管道内部都铺上细胞层。

  经过十几天的培养,注入框架的人类干细胞生成了血管,大鼠肾脏细胞则生成了其他组织,不同类型的细胞都处在正确的位置上。在体外试验中,这个人工肾脏产生的尿量约为正常肾脏的1/3,从血液中清理废物的效率也比较低。移植到大鼠体内后,工作效率进一步下降。

  不过,能够工作已经是一大成功,其效率可望随技术的成熟而提高。奥托说,即使只是具备部分功能也是很有意义的,因为许多病人在肾功能低于正常值的15%后才开始血液透析,如果人工肾的工作效率能达到20%,就可以使很多人免于透析之苦。此外,这项成果还有助于更好地理解肾的发育和自我修复机制。

  破解器官移植两大难题

  器官移植是一项伟大的发明,但可供移植的人体器官一直严重不足。解决该问题的一个思路是异种器官移植,即将动物的器官移植给人。但人们担心这会使一些病毒跨越物种,带来新的疾病甚至大规模传染病风险。

  困扰器官移植的另一个问题是排异反应。患者免疫系统可能把移植的新肾脏视为入侵的异物,对其发起猛烈攻击。即使至亲之间进行移植,仍有可能发生排异反应。所以进行手术之前不仅要进行配型,还要给患者使用免疫抑制剂,以减少排斥的可能性。手术后为保证移植器官存活,可能还要长期进行免疫抑制,这本身又增加了其他感染的风险。

  用干细胞技术在体外培养器官的优越之处在于,这两大难题可以一并解决。从病人身上提取细胞,处理后作为器官培养的“种子”细胞,生成的组织与患者本人完全吻合。构成器官框架的胶原蛋白是一种“惰性”蛋白质,理论上不会引起排异反应。如果使用患者自身患病的器官,取出其框架进行重造,那么连器官尺寸都是最优化的了。

  离实际应用还很远

  如果奥托及其同行的研究进展顺利,未来有可能出现这样的情景:医生提取尿毒症患者的细胞进行体外培养,为患者量身定做一个健康的新肾脏。患者不需要苦苦等待,也没有免疫问题。其他器官也是如此,奥托的研究小组已开始在肺和心脏上试验制取框架、尝试组织再生。

  当然,就像对其他令人兴奋的医学进展一样,我们对此也应该抱谨慎乐观的态度。科研人员不妨奋力冲上去凑热闹、检验和重复实验成果,改进技术。但外行必须知道,这个成果离实际应用还很远,毕竟还只是在实验鼠身上取得了初步成功。在几乎所有的医学基础研究领域,从鼠到人的过程都是非常难的。

  “现做现用”重要的器官,可能拿猪或其他什么动物的器官来当模子做框架,这会不会让一些人感觉不舒服,又引起“伦理争议”?很多生物学和医学突破都伴随这样的争议,从历史来看,多数情况下,实用主义都战胜了观念上的争议,试管婴儿就是一个很好的例子。再过一些年,或许大家会普遍认为移植一个与动物有渊源的器官毫不奇怪,并且会想“赶上这样的医学进展真是太好了!”(完)

关键字: 人工肾脏 肾功能
责任编辑: 桑倪
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