利用病人自身干细胞的分化潜能,定制出更高免疫相容性的器官,一直是再生医学领域科学家的美好愿景。从1906年德国医生齐姆首次实现角膜移植术算起,器官移植已走过一百余年。如今,全球成百上千万患者受益于器官移植,但免疫排斥问题迫使患者终身服用抗排异药物,并面临相关并发症及移植失败风险。
干细胞技术的出现为定制器官提供了新思路。以30岁的肺结核患者克劳迪娅·卡斯蒂略为例,因结核病菌严重损伤其呼吸系统,简单的修补已无效,且切除左肺将严重影响生活质量,异体移植又需终身抗排异。医生采用其自身骨髓干细胞,结合捐赠者气管——将捐赠气管上能引起免疫排斥的细胞彻底清洗,仅保留纤维支架,再将骨髓干细胞嫁接其上,经培养后生成一段7厘米长的气管,成功植入,患者恢复顺畅呼吸。
要成功生成完美的定制器官,必须100%复制原有器官的结构与功能。结构方面,科学家尝试多种方法:其一,如同卡斯蒂略的案例,清除天然组织所有细胞,保留纤维网络作为支架。美国科学家曾将小鼠心脏细胞去除,留下纤维基质,再培养心肌细胞和内皮细胞,生成心肌纤维和血管,最终获得跳动的心脏。其二,利用特殊材料人工搭建支架,如麻省理工学院研究者将小鼠心脏细胞“播种”在可自行分解的支架上,体外培养出能搏动的心肌组织。
功能方面,不同器官包含多种高度分化的细胞,需借助干细胞获取。但胚胎干细胞面临伦理障碍。2007年,日本和美国的科学家几乎同时发现,将4种特定基因导入体细胞(如皮肤细胞),可将其逆转为干细胞状态,即诱导多能干细胞(iPS细胞)。近年来,中国科学家将iPS细胞注入小鼠四倍体囊胚,成功获得具有繁殖能力的活体小鼠,证实了iPS细胞的全能性。这一技术路线大大简化了干细胞获取过程,为定制器官扫除了伦理阴霾。
核心学术观点:干细胞与脱细胞支架结合是当前定制器官的主要策略,而iPS细胞解决了干细胞来源的伦理问题,使“定制心脏”等愿景变得可行。
“Hi,能否为我定制一个心脏?”或许不久的将来,在途经医院的器官移植中心时,你会时常听到这样一句话。