实验室培育的“幽灵心脏”将猪心与患者干细胞结合在一起

Lab-grown 'ghost hearts' combine a cleaned-out pig heart with a patient's own stem cells

心脏病是导致全球死亡的主要原因。据世界卫生组织估计，每年有 1790 万人死于心脏病，占全球死亡人数的 32%。

多丽丝-泰勒是一位从事再生医学和组织工程学研究的科学家。她的工作重点是在实验室中制造出个性化的功能正常的人类心脏，从而排除对捐献者的需求。泰勒将这些心脏称为 "幽灵心脏"。

今年 3 月，泰勒在佛罗里达州那不勒斯举行的 2023 想象解决方案大会上发表了演讲，讲述了 "幽灵心脏 "和她创造 "幽灵心脏 "的历程。以下是经过编辑的《对话》杂志对问题的回答。盖伊-川崎（Guy Kawasaki）的 "了不起的人"（Remarkable People）播客也对泰勒进行了报道。

目前器官捐赠面临的最大挑战是什么？

目前，需要进行心脏移植的患者需要加入等待名单，当有人去世后，心脏才会出现。由于心脏数量不足，只有重病患者才会被列入等待名单。美国每天大约移植 11 颗心脏，而每天都有超过 3000 人在等待心脏。

即使器官移植成功，也不是好莱坞童话般的结局。接受器官移植的人基本上是以一种疾病换取其他并发症和疾病。防止排斥反应所需的有毒药物会导致高血压、糖尿病、癌症和肾衰竭。这些都是严重的医疗问题，也会影响人们的情感、经济和身体。

约有 18% 的人在接受移植手术后的第一年内死亡。

所谓的 "幽灵心脏 "是什么？

幽灵心脏是指细胞被切除的心脏。剩下的只是心脏框架或支架。之所以称之为 "幽灵心脏"，是因为去除细胞后，心脏会由红色变成白色。人的心脏无法用作支架，因为可供使用的细胞太少。

因此，我和我的团队采用了下一个最好的方法：猪心。猪心的大小和结构与人类心脏相似。两者都有四个心腔--两个心房和两个心室--负责泵血。猪心脏的瓣膜等结构已被安全地用于人体。

要清除细胞，需要用温和的洗涤剂轻轻清洗猪心的血管，以清除细胞。这一过程称为灌注脱细胞。然后，无细胞的心脏可以播种新细胞--本例中是患者的细胞--从而形成个性化心脏。

干细胞在制造心脏中起什么作用？

如果将平均大小为350克的人类心脏所需的细胞排列在一起，它们将绵延41,000英里。堆叠在一起，它们将达到20亿行细胞，或足以填满7个电影屏幕。但心脏细胞不会分裂。如果它们分裂，心脏就有可能自我修复。

另一方面，干细胞可以分裂。它们还能形成特化细胞--在这种情况下，就是心脏细胞。诺贝尔奖获得者山中伸弥博士发现了一种用成人血液或皮肤细胞制造干细胞的方法。我和我的团队利用这种方法获得干细胞，然后将这些细胞培养成数十亿个。之后，研究小组使用化学物质将它们 "分化 "成心脏细胞。我们用这种方法获得了数十亿个心脏细胞。

我第一次看到心脏细胞在培养皿中跳动，这简直改变了我的一生。但是，虽然细胞是活的、跳动的，但它们并不是心脏。要成为心脏，需要将这些细胞置于一种能让它们成为一个统一器官的形态中，使其成熟并能够泵血。在人体发育过程中会出现这种情况；我们必须在实验室中重现这种能力。

2022 年，一颗经过基因工程改造的猪心脏被移植到人体内，从而减少了排斥反应，提高了接受能力。为什么使用猪支架从头制造心脏反而更好呢？

让我明确一点：任何心脏都比没有心脏好。异种移植--将非人类动物器官移植给人类的过程--为这一领域的所有科学家打开了大门。

病人接受的是经过基因编辑的猪心脏。虽然加入了人类基因，去除了一些猪基因，但心脏本质上仍然是由猪支架中的猪细胞组成。因此，患者必须服用抑制免疫系统的抗排斥药物。而且，医生们并不知道，这颗心脏携带着猪病毒，最终导致病人在移植手术后两个月死亡。

我相信幽灵心脏可以避免这些问题。我的团队将猪细胞材料从支架中移除，只留下蛋白质结构和血管通道。这些蛋白质与人类支架蛋白质非常相似，似乎不会引起排斥反应。

幽灵心脏计划面临的最大挑战是什么？

我和我的团队遇到了两大障碍。首先是培育细胞所需的时间和成本。

其次是一旦细胞被送入心脏，心脏就会成熟，同时在没有任何抗生素的情况下保持无菌。我的实验室和我们的合作伙伴不得不在体外重新制造心脏，并建造一个相当于人造人体的装置，为心脏提供食物、温度控制、氧气和其他营养物质，以及血压和人工血流--我们称之为生物摇篮。我们必须训练未成熟的心脏细胞协同工作，同时哄骗它们生长得足够强壮，以便泵出血液；想办法在没有肺的情况下为它们提供食物和氧气；在没有免疫系统的情况下保持它们的无菌状态。这是一项艰巨的工作。

我把它比作一曲交响乐，其中的每个部分都必须在适当的时候出现，才能创造出一首优美、复杂的乐曲，但如果有一个部分没有准备好，整首乐曲就会分崩离析。我的工作就是当指挥。

您认为 30 年后器官捐献的前景如何？

如今，器官捐献落后于需求。科学家们正致力于通过增加捐献者人数、使无法使用的器官恢复活力以及开发新技术来改变这一现状--我和我的团队正在开发幽灵心脏。但这不仅仅是供需问题。获取器官的机会并不平等。事实上，器官移植是一个巨大的健康不公平问题。如今，器官移植系统辜负了有色人种。例如，非裔美国人心力衰竭的发病率较高，但接受心脏移植的可能性较低。

随着科学的发展，科学家们有机会让人们获得器官，并提供不需要昂贵有毒药物的器官。我期待着这一天的到来，并每天努力帮助创造这一天。

大多数人在几个月到几年前就知道自己需要移植。一般来说，目前美国白人等待心脏移植的时间约为一年，但非裔美国人的等待时间更长，而拉美裔和亚裔的数据则不太清楚。至于其他器官，等待时间可能是三到五年。这不仅是一个漫长的时间，也是一个需要改变的不公平时间。

建造心脏是一项全年 365 天全天候的工作。我和一个敬业的团队以及支持者们有机会更早地移植心脏，并将心脏移植从紧急手术变为计划中的医院手术--而且是公平地进行。

(责任编辑：泉水)

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