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生物反應(yīng)器中的人造豬肺。（來(lái)源：Nichols實(shí)驗(yàn)室）

對(duì)于很多慢性阻塞性肺疾病、囊性纖維化、特發(fā)性肺纖維化等疾病的患者，肺移植是提升生活質(zhì)量，甚至挽救生命的最佳途徑。僅在美國(guó)，每年就有數(shù)千人需要接受肺移植。但一個(gè)殘酷的事實(shí)是，目前可供移植的肺器官數(shù)量遠(yuǎn)低于等待移植的患者數(shù)量。而且，由于免疫排斥反應(yīng)常常出現(xiàn)，接受肺移植的患者的五年存活率只有50%~60%。

如果能使用患者自身的細(xì)胞，在實(shí)驗(yàn)室人工培育出人造肺器官，肺資源短缺及免疫排斥的問(wèn)題都將迎刃而解。然而，打造人造肺器官談何容易。先前的小型動(dòng)物試驗(yàn)均以失敗告終，其死因往往是血管發(fā)育不良引發(fā)的肺水腫。

在這樣的背景下，德克薩斯大學(xué)醫(yī)學(xué)部的科學(xué)家在體型更大，難度也更高的哺乳動(dòng)物——豬身上取得關(guān)鍵性突破。接受人造肺移植后，實(shí)驗(yàn)豬沒(méi)有出現(xiàn)免疫排斥等不良反應(yīng)，并且成功存活兩個(gè)月（隨后接受了安樂(lè)死）。接下來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)需要證實(shí)人造肺具有完整的功能。

這項(xiàng)研究的主要作者之一，德克薩斯大學(xué)醫(yī)學(xué)部的Joaquin Cortiella稱：“我們顯著提高了人造肺中血管的發(fā)育水平，并且成功移植進(jìn)大型動(dòng)物體內(nèi)。”

領(lǐng)導(dǎo)該研究的Joaquin Cortiella（左）與Joan Nichols（右）。（來(lái)源：德克薩斯大學(xué)醫(yī)學(xué)部）

在Joan Nichols的實(shí)驗(yàn)室里，幾只珍貴的肺經(jīng)常令她夜不能寐。它們就像剛出生的嬰兒一樣，精致、纖細(xì)，需要持續(xù)不斷的呵護(hù)。為了保證它們能茁壯成長(zhǎng)，Nichols和其他實(shí)驗(yàn)室成員在過(guò)去幾年間，甚至每天凌晨1點(diǎn)都會(huì)輪流進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，檢查裝載它們的生物反應(yīng)器有沒(méi)有泄露、里面的營(yíng)養(yǎng)湯是否在正常流動(dòng)、正在萌芽的組織和血管有沒(méi)有被污染。最后這一點(diǎn)，也是Nichlos最為擔(dān)心的：培養(yǎng)一只人造肺，需要將它在溫暖、潮濕，有益于真菌生長(zhǎng)的環(huán)境中放置數(shù)周，更不用說(shuō)加爾維斯頓市的氣候本身就溫暖、濕潤(rùn)。“如果你坐久了，你頭上都能長(zhǎng)出霉菌?！盢ichols打趣道。

在這樣的環(huán)境下，他們的警覺(jué)與堅(jiān)持最終獲得了回報(bào)。2014年，Nichols的團(tuán)隊(duì)打造出首枚人造的人體肺器官。一年后，他們首次利用受體豬的干細(xì)胞培養(yǎng)出人造豬肺，并成功移植回豬體內(nèi)。在不使用免疫抑制劑的情況下，沒(méi)有出現(xiàn)免疫反應(yīng)。在那之后，他們又先后在三只豬身上成功實(shí)施了該試驗(yàn)。上周的《科學(xué)-轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》（Science Translational Medicine）期刊，報(bào)道了Nichols團(tuán)隊(duì)的這一成果。

為了確保干細(xì)胞能準(zhǔn)確地長(zhǎng)出肺的形態(tài)，Nichols團(tuán)隊(duì)首先需要為干細(xì)胞提供一個(gè)支架。為此，他們從死去的豬體內(nèi)取出肺器官，并用糖和洗滌劑的混合洗劑除去其中的細(xì)胞和血管。這樣，就得到了主要由膠原蛋白和彈性蛋白構(gòu)成的肺器官支架。膠原蛋白確保了肺支架的強(qiáng)度，而彈性蛋白賦予了它們彈性。

洗去細(xì)胞及血管后得到的肺支架。（來(lái)源：研究論文）

隨后，研究人員將這些支架放入生物反應(yīng)器內(nèi)。不過(guò)，這些反應(yīng)器可沒(méi)有你想象中的那么高端。它們最初是由魚(yú)缸改造而來(lái)的，即使是現(xiàn)在，這些生物反應(yīng)器也包含了從連鎖家居店購(gòu)買的材料。雖然略顯簡(jiǎn)陋，但每個(gè)生物反應(yīng)器都發(fā)揮了關(guān)鍵的作用。在這里，Nichols團(tuán)隊(duì)首先注入了充滿生長(zhǎng)因子的凝膠和納米顆粒。隨后，人造肺的“建材”——來(lái)自受體豬的原代肺細(xì)胞也被加進(jìn)生物反應(yīng)器。研究人員切除了受體豬的一只肺，并從中提取出這些肺部細(xì)胞。

生物反應(yīng)器中的人造豬肺。（來(lái)源：Nichols實(shí)驗(yàn)室）

“生物反應(yīng)器能讓我們?yōu)槠鞴偬峁┥L(zhǎng)因子、生長(zhǎng)媒介和機(jī)械刺激。”與Nichols共同領(lǐng)導(dǎo)該實(shí)驗(yàn)的Joaquin Cortiella說(shuō)。生物反應(yīng)器相當(dāng)于胎盤，讓肺器官在溫暖、舒適、充滿營(yíng)養(yǎng)的環(huán)境中生長(zhǎng)30天。之后，人造肺迎來(lái)真正的挑戰(zhàn)：它被移植進(jìn)活體豬的胸腔中，取代此前被切除的肺器官。

哥倫比亞大學(xué)干細(xì)胞和組織工程實(shí)驗(yàn)室的Gordana Vunjak-Novakovic表示，在此前的研究中，人造肺往往只經(jīng)過(guò)短時(shí)間的培養(yǎng)就被移植，這限制了人造肺的發(fā)育。在對(duì)小型動(dòng)物（如小鼠）的過(guò)往試驗(yàn)中，受體往往因?yàn)榉嗡[而在移植后數(shù)小時(shí)內(nèi)死亡。相比之下，Nichols團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)一個(gè)月的舉措，讓它們長(zhǎng)出更完善的血管。進(jìn)行了肺移植的豬最多在存活兩個(gè)月后接受了安樂(lè)死，在此之前，在其身上沒(méi)有出現(xiàn)人任何并發(fā)癥。