当人们自己的器官衰竭时,器官移植是拯救人们生命的一种宝贵的方法。但在现有的移植过程中还面临着很多困难,包括器官短缺、等候人数众多以及需要强效药品来帮助接受者的身体更好的接纳他们的新机体。
但是如果有另外一种方法来更换器官,一种不那么依赖于从别人身体上寻找完整的活体器官的办法呢?美国的科学家已经取得了进展,他们在实验室中通过令人类功能性心肌再生来创造由生物工程制成的的人体心脏。在这种情况下,实验过程仍然需要使用捐献的器官,但这个捐献器官是与接受者的细胞相融合的。
这种技术需要将一个经过去细胞处理的器官(即去除了原来捐献者的活细胞)和未来接受者的诱导多能干细胞(IPSCs)的心脏组织一起重新繁殖。事实上,科学家是移除了捐献者心脏上可能会引发接受者免疫反应的成分,并用接受者自己的心脏肌肉细胞来代替。
Jacques Guyette是马萨诸塞州总医院再生医学中心(CRM)的研究人员,他说:“再生一个完整的心脏肯定是一个长期的目标,需要很多年才能实现。所以我们现在正致力于创造一个功能性的心肌补丁,可以用来取代那些因为心脏病或心脏衰竭而受损的心脏组织。”
这项研究被记录在《循环研究》中,它是由马萨诸塞州总医院再生医学中心(CRM)的外科医生Harald Ott带头进行的。Harald Ott之前发现了一种去细胞的方法,即用清洁剂溶液来移除老鼠器官上的活细胞。在这项新研究中,这种多级过程已经升级,并第一次在人类心脏进行。
Guyette说:“生成功能性心脏组织会遇到很多挑战,包括提供一个能够支撑心脏功能的结构支架、专门的心肌细胞和一个支持性的环境,在这个环境中细胞可以重新填充支架,以此来形成能够处理复杂心脏功能的成熟组织。”
这项研究使用了73个被授权用于科学研究的人类心脏。研究人员诱导多能干细胞分化成大约5亿心肌细胞,然后将它们移植到经去细胞化处理的心脏组织里面。
经过几天的培育后,心肌细胞发展成为自主收缩组织。研究人员称这代表着多能干细胞在无细胞的心脏矩阵中首次再生为心肌。然后这些跳动的器官被安装在一个自动操作的生物反应器系统中(如图所示),该系统可以给肌肉提供营养,并在一定条件下繁殖活体心脏。
这个研究似乎有点可怕,毕竟这个团队正在转向电影《活跳尸》的范畴。但是,未来对实验室培育的健康器官的应用还是带来了很大的希望。
Guyette表示:“在接下来的步骤中,我们将改善方法从而生成更多的心肌细胞(给一个完整的心脏再生细胞会需要数百亿的心肌细胞)。优化以生物反应器为基础的培育技术,来提高生物工程生成的心脏组织的成熟度和功能。并用电子手段来整合再生组织,使其能够在接受者的心脏中运作。”