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2009-06-06 奇趣网

据英国《新科学家杂志》报道,日前,美国明尼苏达州立大学干细胞科学家桃瑞丝-泰勒(Doris Taylor)在实验室中为新培育的微型心脏连接人造血液供给时说:“这非常令人惊异,它看上去非常完美!”据悉,桃瑞丝最新培育的人造心脏能够像正常老鼠体内的心脏一样跳动,但这种心脏看上去更加与众不同:它覆盖着一层老鼠心脏去细胞组织的“脚手架”,而且新培育的老鼠心脏组织是基于另一只老鼠的干细胞培育而成。



培育老鼠心脏



科学家最新培育的去细胞化猪心脏

目前,桃瑞丝计划在更大体形的动物身体上培育出新的器官,而且所培育的去细胞化心脏、肝脏和其他器官并不是来自捐献的人类尸体,而是比如猪等大型动物,这些器官覆盖在人类干细胞培育环境中,发育的新器官可被人类身体所接受,从而有效解决人体移植器官严重短缺的现状。

只要人体接受这些“异种器官移植”不引起悲惨性的免疫系统反应,这将形成事实上源源不断的人体移植器官来源,每一个这样的移植器官都是自然发育的复杂器官组织。桃瑞丝说:“我们正在准备培育心脏、肾、肝、肺、胰腺、胆囊和肌肉组织。”据悉,其他的科研小组也正在使用类似的方法培育新的肝脏器官和肌肉组织。

人体移植器官非常短缺,其中一种解决方案就是工程师在实验室里使用人造脚手架培育移植器官,虽然实验室里能够培育出膀胱和皮肤,但是形成更加错综复杂的器官和血管网络则非常棘手。

从猪身体上进行异种器官移植是另一个新途径,虽然该方法存在着一些问题。研究人员必须预防接受者的免疫系统不被移植器官所破坏,同时必须避免猪身体上的病毒传播到人体内。桃瑞丝的培育器官方法却可以避免以上问题,首先,她认为不必要建造一个复杂的器官培育脚手架,她说:“应当让自然发育完成这项复杂的工作。”其次用来自患者体内的干细胞覆盖在“裸体脚手架”上,所培育的器官便能较大可能地被患者免疫系统所接收。



老鼠心脏去细胞化过程(图片顶部)老鼠心脏培育过程

桃瑞丝的方法非常简单:从人体捐献者或其他动物身体上提取器官,然后用温性洗涤剂去除器官上的肌肉、细胞和DNA,只保留一种叫做“免疫惰性”蛋白质的内部“脚手架”蛋白质,从相关患者体内提取干细胞附加在这个“裸体脚手架”上,来自患者体内的干细胞在培育过程中,会对移植器官起到主体免疫功能,并避免主体遭受由于移植器官导致的新感染。

据悉,基于桃瑞丝的方法已成功培育出一些简单的器官,2008年,患者克劳迪娅-卡斯蒂诺(Claudia Castillo)接受了一个来自死亡捐献者的气管移植器官,研究人员从捐献者体内提取气管,进行大小剪裁,然后放入从克劳迪娅体内提取的干细胞培养环境脚手架中,最终发育形成相应的气管组织。英国布里斯托尔大学的安东尼-霍兰德(Anthony Hollander)是这支移植手术小组成员之一,他指出,目前克劳迪娅不再服用药物,现已恢复健康并开始正常工作。桃瑞丝的研究小组目前正是使用相同的方法培育比气管更复杂的器官,比如:心脏,他们将从人体捐献者或者其他动物体内提取相应器官的脚手架蛋白质。

这种培育的复杂器官面临的较大挑战是如何确保所有的器官内细胞与患者的血液相溶合,如果没有血液进入,移植器官中心的细胞则会严重缺氧,导致移植后细胞死亡。桃瑞丝称,她有办法能够克服这种困难。2008年1月,她带领的一支研究小组实现了较大的技术突破,他们基于新生老鼠心脏细胞培育出一个跳动中的心脏,这个心脏保持着3D外形,其内部充满着所有血管。当他们植入一些新的细胞,会生长出血管组织。此外,桃瑞丝表示他们几乎能够重新培育出带有细胞的完整血管系统,其中包括动脉、静脉和毛细血管。她说:“由于我们培育出了血管,新的移植器官能够与患者身体的血液供给系统自然地连接在一起。”在移植心脏器官的培育过程中,干细胞转换成为心室和心房的内皮细胞,还可形成血管和心脏平滑肌细胞。



猪心脏经过去细胞化处理后,现成为培育人类移植心脏“脚手架”

桃瑞丝的研究小组现已在老鼠腹部灌输培育一个心脏组织,该心脏组织目前处于健康发育,并没有被老鼠身体所排斥。下一步他们将研究是否这个移植器官能够替换现有心脏,并保持动物健康存活。桃瑞丝称,如果要实现这一点,需要在心脏组织生长出更多的肌肉组织,目前我们已培育出心脏的脉管系统,但我们并不认为我们能够培育出足够的心脏肌肉组织保持移植后动物的存活性。

她还基于这项老鼠实验,重复性地试着培育猪的心脏和肝脏,对于猪器官的培育将更简单一些,因为猪的体型更大,要比处理培育体型较小的老鼠器官更容易。预计去细胞化的移植肝脏器官将比心脏更早地培育出来。

其他研究小组也从事于移植肝脏培育研究,科学家史蒂文-巴迪拉克(Steven Badylak)称,现已研究出如何在老鼠体内培育肝脏去细胞培育法,只是该技术尚未发布。此外,美国马萨诸塞州总医院的研究小组负责人马丁-亚穆什(Martin Yarmush)培育了人造可移植老鼠肝脏器官,从而证明在实验室内可以培育出具备肝功能的移植器官。据该研究小组成员科库特-尤冈(Korkut Uygun)称,研究小组的最终目标是培育出人体去细胞移植器官,并不仅是简单的动物器官。

匹兹堡大学医学院的大卫-库珀(David Cooper)是异种器官移植技术的主要研发人员,他指出,“裸体”猪心脏仍携带着alpha-Gal抗原体,人体免疫系统能够识别,并遭受其攻击。但是伦敦大学学院再生医学教授克莉丝-梅森(Chris Mason)指出,许多培育的去细胞猪器官都没有施用辅助免疫药物,必须对猪器官内对人体免疫系统构成攻击的物质彻底消除,否则未来数百万名患者一旦接受猪心脏移植后将出现心脏瓣膜和相关组织的副作用。
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