在瑞典卡罗林斯卡医学院，研究人员通过洗涤大鼠心脏和肺脏的活性细胞，保留了细胞外基质作为器官支架。
斯德哥尔摩——安德马里亚姆·贝耶恩坐在医院窗边，低斜的极地阳光映照着他的脸庞，他开始讲述那段以为自己即将逝去的时光。两年半前，贝耶恩在冰岛攻读工程学，医生发现他的气管中长有一个高尔夫球大小的肿瘤。尽管接受了手术和放疗，肿瘤仍持续进展。2011年春，当他来到瑞典再次就医时，几乎已无选择。“那时我快要死了，”他说，“非常痛苦，难以忍受。”
然而，卡罗林斯卡医学院的保罗·马基亚里尼医生提出了一项根治性方案：通过塑形支架和患者自身细胞，为贝耶恩构建一个新气管。再生医学数十年的发展预示着未来能在实验室培养替代器官（包括肝脏、肾脏甚至心脏），而植入这样一个人造器官是再生医学界的首例。更重要的是，这一未来曾如同科幻小说。如今，像马基亚里尼这样的研究者正采用一种特殊方法构建器官：利用人体自身细胞，让躯体本身完成大部分工作。
“人体如此美妙，我坚信我们必须以最合理的方式利用它，”马基亚里尼医生说，他目前负责管理这间组织工程领域的领先实验室。迄今为止，科学家仅能构建并移植少数几种器官，即相对简单的空腔脏器，如膀胱和气管。2011年6月，人造气管成功植入贝耶恩体内。全球科学家正试图通过类似技术制造更复杂的器官。北卡罗来纳州维克森林大学（人造膀胱发源地）的研究者正致力于人造肾脏、肝脏等器官；中国和荷兰的实验室也在研究人造血管。
制造这些新器官的方式与几十年前的人工心脏截然不同。人工心脏作为临时替代装置，本质仍是机器。而组织工程师的目标是使其更人性化：用细胞、血管和神经制造器官，使其成为身体有活力、有功能的部分。马基亚里尼医生希望更进一步——利用机体修复机制，通过自身重建器官。研究者正利用干细胞和基底细胞研究进展，了解这些细胞如何分化为特定组织（如肝或肺），并深入认识“支架”复合物——这种类似水泥的物质能将细胞支撑在合适位置，并在组织修复中募集细胞。
组织工程师提醒，他们的工作仍属实验性，成本高昂，创造复杂器官仍需漫长道路，但对最终实现的可能性越来越乐观。“27年来，我越来越坚信这是可行的，”麻省总医院组织工程与器官制造实验室主任约瑟夫·P·瓦坎蒂医生说道。在贝耶恩的案例中，多孔纤维材料上种植了取自骨髓的干细胞，制成人工气管。置入生物反应器一天半后，移植物与贝耶恩身体融为一体，替代了肿瘤气管。生物反应器类似烤肉架，气管在其中旋转。
当马基亚里尼医生首次提出该方案时，贝耶恩表示怀疑。“我告诉他，我宁愿再活三年就死，”他说，“我差点拒绝，因为这事只在猪身上成功过。但他用科学方法说服了我。”术后15个月，现年39岁的贝耶恩无肿瘤困扰，能正常呼吸。他和家人回到冰岛，其中一岁的小儿子是他曾以为永远无法拥有的。在斯德哥尔摩的随访中，他展示胸部长纵行疤痕，声音嘶哑（放疗后遗症），但英语流利。他正逐步恢复，甚至能小跑。“感觉很好，”他说，“生活好多了。”
模仿自然
制作器官需先了解自然如何创造。马基亚里尼实验室的研究员菲利普·荣格布鲁斯将一只心脏和一对肺脏装入工作台的玻璃瓶，连接装有清洗剂样液体的瓶子。当清洗剂流过器官，带走活性细胞，器官逐渐苍白。三天后细胞消失，剩下一团闪亮组织，保留器官基本形状。这便是天然支架复合体——细胞外基质，由纤维蛋白等构成错综复杂的三维网状物质，将细胞保持在恰当位置并帮助信号传递。全球许多实验室正进行支架复合体实验。一些病例中，目标是用天然支架复合体组建新器官，例如取供者肺，去除所有细胞，再种植患者自身细胞。这一想法认为，利用人体本身的支架复合体复制器官优于人工合成支架。
马基亚里尼团队自2008年起成功将再生气管植入12名患者体内，多数人现已正常生活。由于供者细胞已移除，该方法消除了移植的主要问题——异体组织排斥风险，但未解决其他问题，如供者气管大小不合适、患者需等待去除细胞和再植细胞的时间、供者器官稀缺等。因此，针对贝耶恩，研究者决定制作塑形支架复合体，而所有自体气管的工作均有帮助。“我们从零开始，学到了很多，”马基亚里尼说，“没有以往经验，我们可能无法完成人工移植。”
量身定制
贝耶恩的合成支架复合体由伦敦大学学院科学家构建，以其自身气管为模板，是为其胸廓“量身定制”的高分子材料工程精细作品。但仅此而已，它只是一个无生命的多孔塑形体。为成为工作气管，塑形体间的小缝隙需填满能形成组织并有功能的细胞。并非所有细胞都能胜任，马基亚里尼团队从干细胞入手。为确保器官不被排斥，细胞必须来自贝耶恩自体，这也避免了胚胎干细胞的伦理问题。干细胞取自骨髓，保存在营养液中，然后用移液管将细胞从支架复合体中剥离。干细胞是机体组建和修复的一部分，初始像空白石板，但能分化成特定组织或器官的特异细胞。近年来，科学家在干细胞分化方面取得巨大进展。
斯德哥尔摩团队希望，在刺激干细胞生长药物的帮助下，种植在气管内的骨髓细胞能分化成器官内部及外部的相应细胞。但马基亚里尼认为过程并非如此。“我相信，细胞在放入生物反应器两三天后就凋亡了，”他说，但细胞凋亡时释放化学物质，向机体发送信号，使更多细胞从骨髓通过血液循环到达目的地，促进修复过程。这是马基亚里尼的解释，“我们远未理解整个过程，”他说，“差得远呢。”
“如果流血，说明成活了”
如果不能咳嗽，就会死亡。这总结了气管的重要功能：阻挡细菌和微粒进入肺脏。正常气管由特异性分化细胞组成，包括产生黏液捕获微粒的细胞，咳嗽则能带出黏液和微粒。因此，是否含有这些特化细胞成为检验组织工程气管的方法之一。马基亚里尼早期研究供体气管时，将来源于受者鼻腔的细胞种植于供者气管内。但对于贝耶恩，他寄希望于干细胞分化成其他细胞，布满气管内部。术后五个月（2011年11月），贝耶恩气管内部分长出特化细胞。后续随访中，马基亚里尼注意到生长活跃，无感染迹象。“而且他已经能咳嗽了，”他说。
细胞存活意味着气管生长出小血管组成的复杂网络。所有组织都需此网络，使每个细胞获得氧和营养。但对组织工程师而言，生长网络是巨大挑战。“一开始，我们认为主要障碍是供血，”瓦坎蒂医生说，其实验室致力于组织工程制造肝脏等器官。贝耶恩的医生通过随访试验确定气管是否长出血管网络：故意轻微破坏气管内面。“如果流血，便成活了，”马基亚里尼说。贝耶恩的气管果真流血了。
下一个目标
贝耶恩希望有朝一日回到厄立特里亚成为地热工程师，但为规律随访，他留在冰岛。气管只含自身细胞，因此无需服用免疫抑制剂。但合成支架复合体如同异物，会使机体产生疤痕组织，需移除。贝耶恩不知何时能回家。“只有当他们告诉我‘一切完美，无需进一步治疗’，我才能回家，”他说，“没人知道，我是第一例。”2011年11月，马基亚里尼为另一肿瘤患者克里斯托弗·莱尔斯植入人造气管，使用改良的细纤维塑料支架复合体。莱尔斯于2012年1月返回美国马里兰州，3月去世，死因未公布，但马基亚里尼称移植物工作正常。尽管遇挫，马基亚里尼于2012年6月为两名俄罗斯患者进行类似手术，两人顺利出院，情况良好。他正筹备更多手术，但手术需近50万美元，需找到更简便方案。由于潜在需求大，“我们不能假装已能离体种植这些特化细胞，”他说。相反，他设想开发更好的支架系统，无需细胞即可植入体内，靠药物刺激机体将细胞运送到特定部位。他的终极梦想是淘汰合成支架复合体，让药物使机体重建自身支架复合体。“不在患者身上大动干戈，”马基亚里尼说，“只是利用他的身体创造自己的器官，这样就太棒了。”