细胞组织再生的种种可能

原标题：细胞组织再生的种种可能

美国科学家伊丽莎白·罗博研发出的“超级绷带”，使用的是一种“合成基质”，能使肌肉再生，且不会留疤

▲心脏再生已成为可能

将“克隆技术”用于临床治疗才是更多科学家的梦想 图/全景

英国科学家实现了年老实验鼠的胸腺再造，这或许有助于治疗肌体老化

用猪膀胱中取出的基质已重生出人的大腿肌肉

生物密探

□鹤龄

美国威克森林浸信医学中心再生医学研究所的科学家最近在一份名为《刺胳针》的医学期刊上发表了一项研究结果，称根据一项2005年至2008年期间所做的临床实验，已有4名罹患先天性无子宫无阴道症候群(MRKH)的13岁至18岁的墨西哥女性，通过取自身细胞培殖人造阴道并植入母体体内，如今已取得满意效果——她们都已有了正常的性生活，其中两人已拥有了正常子宫，并开始有月经。

这其实就是一种诱导细胞组织再生的克隆技术。但第一代克隆羊技术，需要借助卵母细胞来获得干细胞，会存在伦理问题，第二代转基因技术使用病毒诱导，存在安全风险，再生技术一直存在争议。2012年年初，我国国家卫计委曾发布了《关于开展干细胞临床研究和应用自查自纠工作的通知》，叫停正在开展中的未经批准干细胞临床研究和应用项目。但中国的干细胞研究并未因此而停顿，2013年8月，我国科学家通过小分子化合物诱导的方法，还实现让一个普通体细胞成功逆转为“全能干细胞”，并可能孕育出新的生命，让细胞再生过程变得更简洁、更安全。

全世界范围内关于“克隆技术”的研究也从未停止过，不过更多科学家已将目光聚焦在“细胞再生疗法”上，希望通过细胞组织再生，帮更多需要帮助的人重获新生。

[那些成功的案例]

○阴道再生

美国科学家此次公布的人造阴道植入结果，还不能确定这些女性是否能生育。但几位女性已恢复正常性生活，并有两人已经开始来月经，这显示卵巢已在正常运作，所以从理论上来讲，她们未来应该可以怀孕。

这个再生过程是这样的：科学家取母体细胞进行人工培育，培育出的细胞组织再由外科医师一层层地“缝”入母体的体内，最后“织”出一个完整的阴道——渐渐的，人体会自然生出血管以及新细胞来接纳这个“人造阴道”，阴道再生术因此宣布顺利完成。

○胸腺再生

2014年4月9日，英国《发育》杂志上有报道称，英国研究人员通过操控单个蛋白，实现了年老实验鼠的胸腺再造，这是英国科学家们首次成功实现哺乳动物活体器官的再生。

胸腺位于心脏附近，能够产生重要的免疫细胞。结果表明，再生器官与年轻老鼠体内的器官拥有同样结构。但科学家们现在还不清楚，老鼠的免疫系统是否因此获得了改善。研究人员认为，该研究有望为免疫系统受损和胸腺发育相关的遗传病患者提供新疗法。

英国科学家的做法是，利用鼠体内的一个胸腺细胞，不断地产生蛋白FOXN1，增加到一定浓度时，最终就能指导这种类似干细胞的细胞重建胸腺。

随着再生的器官功能的恢复，老鼠已开始制造更多的名为T细胞的白血细胞，而这些细胞在对抗感染方面至关重要。但研究人员认为，在进行人体上的同样实验之前，他们还需要进行更多研究确保对这一过程进行严格控制。

○治疗青光眼

今年，加拿大Renaud Manuguerra-Gagne等学者也公布了一项关于干细胞治疗青光眼的最新研究成果：在青光眼模型中移植入间充质干细胞，通过激光诱发的旁分泌因子分泌和祖细胞增殖，便可以促进青光眼的组织再生。

研究者的实验显示：间充质干细胞诱发小梁网细胞的再生，注射进眼前房后，比造血细胞更能有效引起眼内压下降。此外，间充质干细胞和它们分泌的因子诱发睫状体中祖细胞池再活化，便促进了细胞增殖。激光诱发的组织重构能将间充质干细胞按照预定目标导入受损区域，并使眼祖细胞也有一定的增加，最终令青光眼得以治愈。

○乳房重建

美国一家赛托瑞生物技术公司同样是在2014年声称，他们正在利用脂肪组织中的干细胞进行组织和器官的再生实验，包括但不限于修复、治疗和重建。

此技术首先被用于女性的胸部整形。从腹部抽取的脂肪，通过该公司特有的一种仪器进行处理，然后再注入女性的胸部，这种处理过的组织会迅速与人体本身的组织结合。研究人员称，在48小时内，新的毛细血管就会缠绕在新细胞上，向组织供应氧气和营养物质。做完手术的病人当天就能回家，而重建的乳房，也比普通硅胶隆胸的结果更自然、柔软。

美国另一家自体细胞疗法研发公司Fibrocell Inc也将这种再生技术用于美容整形。他们研究出一种自体细胞美容疗法，使用的一种生物制品，已获美国FDA批准许可用于成人“中至重度鼻唇沟皱纹的矫正”。

他们的做法是从患者耳后分离出小量细胞样本，然后将样本纤维原细胞培养增殖出大量新细胞，注射入患者皮肤下，从而达到增加局部纤维原细胞数量、促进胶原形成、促进自身再生修复过程的功效。该样本还可进行冷冻储藏，供多次注射治疗使用。该公司称，他们还计划开发更多相关技术用于其他美容和治疗适应证。

○人工肾脏

2013年年初，美国波士顿马萨诸塞州综合医院的哈拉尔德·奥特成功培育出了世界上第一个能运作的人工肾脏。

肾脏是一个极为复杂的器官，干细胞研究者一直都认为，需要多种类型的细胞才能使其生长。但奥特惊讶地发现，他只将两种细胞（一种类血液干细胞注入血管，另一种内皮细胞注入过滤血液的曲折管道）填充进一个去细胞的肾脏“基架”中，所有种类的细胞就在它们应有的位置形成了。之后这个人工肾脏在白鼠体内运行良好，奥特又开始利用相似技术培育心脏、肝脏、肾脏、肺和胰、食管、喉和肠。

○重生断骨

美国匹兹堡卡梅尔医疗公司则正在用人类血液制造的基质，致力于再生断骨。这与我国前几年的“断骨增高术”做法有些相似，不过这家公司的管理者艾伦·韦斯特说：“我们的材料实际上是高浓度的血液凝块。”

这家公司隶属于美国卡耐基梅隆大学。目前他们的研究已开始在人类志愿者身上进行尝试。在南非进行的长达一年的实验中，该公司的一种“骨骼填充剂”应用到了10位志愿者断裂的小腿骨或胫骨上。韦斯特说目前报道实验结果还为时尚早，但他称，在志愿者身上观察到的快速康复，已能够使他们获得更大规模实验的批准。

○肌肉新生

美国科学家也在2014年宣布于实验室中成功培育出活体肌肉组织——不仅看上去、工作起来都和真正的肌肉一样，而且还有自愈功能。这是组织工程学的一个重大进步。

科学家们最终希望这些实验室培育的肌肉组织可以运用于修复人体的肌肉损伤。迄今为止，这些肌肉组织已经在小鼠身上进行了实验并获得了成功。这项研究结果已在《美国国家科学院院刊》发表。

美国杜克大学的研究者称，他们这次的成功归功于为肌肉生长创造的完美环境——良好发育的可伸缩肌肉纤维以及可发育成肌肉组织的干细胞池。

在实验中，实验室培育的肌肉伸缩性能很强，当研究人员利用毒性物质损伤它们时，肌肉组织能够自我修复。当它们被移植到小鼠身上时，肌肉和周围的组织也结合得很好，并能够开始发挥正常功效。

研究人员称，在应用于人体之前，还需要进行更多的试验。但科学界对于能发育成各种类型组织的干细胞转换为可再生组织的药物抱有很大的希望。科学家们已经在实验室中利用干细胞制造出活体肝脏和肾脏，还有人正研究如何利用干细胞制造修复心肌的方法。不过这些真正应用于医疗还需要若干年时间。

[再生技术新进展]

从“细胞疗法”到“基质疗法”

其实几乎所有哺乳动物自身都有“再生”功能，比如肝脏就能修复自身的破损部位。问题只是怎样才能激活这种生物体与生俱来的“再生机制”。“再生医学”研究的便是如何激活或诱发生物体的再生机制，实现安全可控的器官再生。

实现组织再生和器官修复是临床医学家和生物学家多年以来梦寐以求的事情。1996年，当英国科学家利用动物体细胞克隆技术制造出克隆羊“多莉”时，人们以为梦想就要实现，但因为政治、伦理等各种因素的限制，这类“再生技术”其实进展相当缓慢。科学家一度只能将目光集中在基于干细胞的“细胞疗法”。

“细胞疗法”中使用的主要是干细胞。干细胞不同于我们机体的其他细胞，它具有自我更新、高度增殖、多向分化的能力。而胚胎干细胞尤其具备分化成人体200多种细胞的“全能性”。已有研究证实，胚胎干细胞在特定条件下可以分化为心肌细胞、胰岛细胞、血管内皮细胞、肝细胞等特异功能的细胞。而且，胚胎干细胞具有很强的增殖能力，它可以借助小鼠细胞饲养层连续培养数月。

但胚胎干细胞目前主要来源于人工授精后早期发育的胚胎。虽然这些胚胎只是辅助生殖的废弃物，并通过自愿捐献，但分离胚胎干细胞会毁灭胚胎的事实，仍使其研究备受伦理争议。

在这种情况下，2010年8月，美国食品药品管理局（FDA）批准了美国Geron公司的胚胎干细胞产品GRNOPC1进入Ⅰ期临床研究。这在业内被认为具有“里程碑”式的意义。

但是，胚胎干细胞的强大自我更新能力和全能分化能力，也会造成移植后的“致瘤性”，即研究者原本是希望了解癌细胞的产生机制并控制、修复坏死机体，但实验过程却经常意外出错，导致癌症的发生。

据《新科学家》杂志报道，近年来在“细胞疗法”的基础上又出现了一种“基质疗法”，也被用来重生器官。

这种“细胞外基质”是一种将活细胞从血管、器官或皮肤表层去除后留下的物质，它就像一种载体，可以成为各种细胞的“温床”，并根据细胞所表现出的不同特性来控制细胞再生的方向。

基质疗法的早期先锋人物之一、美国宾夕法尼亚州匹兹堡大学的再生医学家史蒂文·巴迪拉克说：“所有人都认为基质仅仅是将所有东西架构起来而已，实际上，基质并不是生物学上‘缄默的旁观者’，它不仅包含了许多无活性的结构蛋白，如胶原蛋白和弹性蛋白，还包含能引导正确细胞在正确时间固着在正确地点的蛋白质，如钩状的纤连蛋白和整连蛋白，它们能为特定细胞提供分子锚着点——它能依据细胞在基质内承受的张力，引导它们转化成骨骼细胞、肌肉细胞或脂肪细胞。”

他打比方说：在一些动物实验中，研究者会取出一个动物肾脏，用温和的洗涤剂将上面的细胞处理掉，然后将剩余无活性的基质作为模板来存放实现再生的干细胞。于是，在高张力作用下它能够使所有进入的干细胞变成肌肉或骨骼，而在张力相对松弛的基质中，干细胞则会变成脂肪细胞。最终，在引导干细胞成为正确的细胞之后，基质还有办法灌溉它们，使它们继续成长为大型结构。

巴迪拉克曾利用从猪膀胱中取出的“基质”来再生6位病人的大群肌肉。这6位病人都在车祸或其他损伤中丧失了大量的肌肉。他利用外科手术清理掉残留疤痕组织后，直接将一块“基质”放置在患者伤处，小心地保持它对身体的紧绷状态，以使它能顺利变成肌肉，而非脂肪。初期结果令人惊讶：6个月后，猪的“基质”消失了，取而代之的是一个新的、完整的、天然的、其上附着肌肉的、志愿者自己的“基质”。其中的一位患者甚至能外出徒步、骑自行车，甚至还玩起了橄榄球和篮球。

美国北卡罗来纳州立大学的实验室中，材料工程师罗博在2013年时又改进了“基质疗法”。她发现天然的人类细胞外基质是不抗菌的，如何能保护再生组织不受耐药的超级病菌入侵？她研发出一种“合成基质”——用聚乳酸（一种用于医学移植的、能够被生物降解的物质）塑造成能模仿皮肤结构的纤维，并在其中填充抗炎药的混合物和银离子抗菌剂（一种含有少量银离子、可对大多数耐药细菌产生致命效果的物质），最终制成了一种特殊的、能够自我降解的“超级绷带”。

这种“超级绷带”不仅能够快速愈合感染的伤口，还不需要按标准疗程使用抗生素，也不会留下疤痕。它甚至可用于治愈从肌肉撕裂、消化组织损坏到骨折等各种病痛。未来它或可在修复大脑方面也起到重要作用。

这种“合成基质”还可用来建造模板，提供比天然的更为强健的身体部位。比如它能让那些需要每年进行肾脏透析的人使用一种改良的天然静脉基质，通过外科手术植入病人体内后，即可扮演“透析静脉”的角色。它或许还能开发出新的用途，比如用作“冠状动脉旁路”的人工材料。

也就是说，再生医学技术已创造出将人工与天然两种优势联合起来的杂合物质的可能。只是这些治疗方法成为现实之前，还有很长的路要走——研究者们一致认同：主要的人工器官的出现，可能还需要十几年的时间。

鹤龄