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用一个细胞培养出一条手臂

[2015-08-13] 作者:世界未解之迷网 阅读量: 次 分享到_微信朋友圈:

麻省总医院(Massachusetts General Hospital,以下简称MGH)的实验室里有一只孤零零的猴子手臂,这手臂结构非常简单,就是细胞加一个什么也没有的支架。但是这还不是这条手臂的终点,它的最终版应该可以通过注入人类或猴子的细胞慢慢生长成一个手臂。它的最终目的是让肢体恢复各种功能,不过最终版就不是这么简单了,还包括血液、骨骼、肌肉、软骨组织等等东西??蒲Ъ颐窍M庖患际跄茏钪沼萌死嘞赴龀鋈死嘀宀⒁浦驳饺松砩?,这项技术目前正在猴子上做试验。

用一个细胞培养出一条手臂

替代遗肢

MGH器官修复与再生研究室主任Harald Ott介绍说:“目前替代遗肢的治疗方法都不是很好,所以才开始着手研究这个技术。”

据估计,美国每年约有185000人做截肢手术,现在已经有超过2百万人以缺胳膊少腿的状态生活着。截肢后患者只能选择各种各样的假肢(有的加入了许多新技术来增加感知效果)来辅助生活,运气好的碰上了匹配的捐赠者能移植一条新肢体。但这些选择在移动和控制上都有局限性,移植肢体的限制因素是终身都要服用免疫抑制剂防止接收者体内的免疫系统产生排异反应。但是免疫被抑制会让受体被感染、患癌的风险大大提升。

Ott的技术很有野心,目标也相当宏伟——有一天能为被截肢者培育出功能齐全的肢体,移植过去就像是他们自己体内长出来的一样?;鞠敕ň褪怯没颊咦约旱南赴嘤惶醺觳?以后或许还能是腿),这样就是量身定制的身体组件不用担心会被免疫系统排斥。如果这个技术真的成功了,那人类就会从此拥有断臂重生的能力。

用一个细胞培养出一条手臂

避免免疫系统攻击

到目前为止,Ott已经能用这种技术培育器官(包括肺和跳动的心脏),今年6月又成功让实验室的一只老鼠重新长出了一条上肢。现在正扩大规模,在猴子身上做实验。

Ott的技术核心就是祖细胞,这是一种能分化成多种体内细胞(如血液细胞、肌肉细胞)的中间细胞,这种细胞跟干细胞类似但稍微更有偏向性一旦,可以更快创造出Ott的团队想要的特定类型细胞。

在猴子试验中,他们从一只猴子中得到了手臂的脱细胞支架,然后再加上从人类身上获得的祖细胞催生出了血细胞和血管,这样做的目的是形成一套由本体衍生的血管系统。

重建肢体

用一个细胞培养出一条手臂

重生肢体并不是件简单的事情,但这个复杂的过程有几个关键阶段再次阐述一下。首先是找到需要再生的肢体,再用生理盐水把里面的所有细胞都冲出来,再用各种洗涤剂把捐赠者的细胞彻底清除掉。这个过程被称为脱细胞术,用时大概是两星期。这样一来就把组织性质完全改变,等同于一个什么内容也没有的空白支架,里面所有可能残留的细胞全部都会被清理干净。

接下来是最难的部分,用另一个个体的祖细胞让这个支架重新长出各种细胞,并引导这些细胞产生特定的细胞(如血管细胞、肌肉细胞),这一步被称为重细胞化(recellularization)。

所有操作阶段都需要在严格控制的环境中进行,湿度、温度、PH值、氧气浓度和气压等等都必须严格把关。手臂支架会被放到生物反应器中再生,里面包含让肢体重生的营养和刺激生长的物质。

Ott之前有过重造器官的经验,所以在重建四肢时会更得心应手。他说自己面临的最大挑战就是组合成天然肢体,一条健康的自然四肢包含肌肉、骨骼、软骨组织、血管、肌腱、韧带和神经,所有的这些东西都需要重建,并且需要母体做支撑结构。这些内部组织的重建顺序依次是血液细胞和血管、肌肉、结缔组织、骨骼、软骨、脂肪细胞及其他,最后才是让手臂能真正发挥作用的神经细胞。

所有工序的重中之重就是让肢体的功能再次恢复。

老鼠实验成功

用一个细胞培养出一条手臂

Ott在老鼠身上成功移植的肢体是第一条人造的生物四肢,经过对这条小小胳膊的悉心照顾几个星期,它终于能产生血液细胞和肌肉细胞并且在受到电的刺激时产生收缩反应。

下一个挑战就是创造神经细胞,让这些组织都融为一体并在它一接触到肌肉的时候就能发挥作用。神经不仅需要培养、生长,还需要跟肌肉重新建立连接。在老鼠身上的成功给了Ott希望,如此慢慢实验一定能不断改良最后应用在人类中。

用一个细胞培养出一条手臂

再生人类

Ott想要向人们证明这个处理办法在人的四肢上也能实现,但是在目前与恒河猴的实验中,猴子手臂支架至今还只长出了人类的血管组织和膜。在更大的支架中培育不代表需要花费更多时间,原理相当于是在一片更大的土地上多撒点种子。理论上说,人类肢体重生所需时间和老鼠的时间是一样的。

但是这个技术要应用到人身上前面还有很长的路走。

伦敦大学学院再生生物学研究者Maximina Yun认为,这是很好的起步,但还有一些需要克服的挑战。

Yun在肢体再生方面的研究主要集中在火蜥蜴上,它们可以在四肢被截之后自己长出来而且时间很快。通过对火蜥蜴的再生能力、生理知识方面的研究,她希望有一天能把相应的原理应用到人身上。她强调目前人体四肢再生面临的主要困难是肌肉内的神经生长,既要让它们能够做肢体运动又要避免免疫系统排斥反应。

用一个细胞培养出一条手臂

她说:“我们需要的是不会给人类带来任何风险的生物肢体。”关于这一点Ott也是一样的意见,并且希望他能为科学事业做足够长时间的事,希望自己能活着看到人类肢体再生技术在临床上应用。

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