生物前沿

 豆腐、菠菜、冰塊……這些素食界的中流砥柱,搖身一變將成為器官移植的中堅(jiān)力量。

 《生物技術(shù)趨勢(shì)》雜志近日發(fā)表了一篇美國(guó)馬薩諸塞州洛厄爾大學(xué)研究人員的學(xué)術(shù)評(píng)論,探討將雞蛋殼、豆腐、菠菜等日常材料用作組織支架的可行性。“這些選自天然的傳統(tǒng)材料似乎功能更強(qiáng)、更可持續(xù)、成本也更低?！闭撐淖髡呙绹?guó)馬薩諸塞州洛厄爾大學(xué)副教授古爾登認(rèn)為,天然材料將適用于生物醫(yī)學(xué)研究的許多領(lǐng)域。

 據(jù)權(quán)威數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)2017年實(shí)施器官移植手術(shù)超過1.6萬例,2018年上半年實(shí)施近萬例,同比增長(zhǎng)18%。盡管自愿捐獻(xiàn)目前仍是我國(guó)器官移植的唯一合法來源,隨著移植技術(shù)的成熟與進(jìn)步,對(duì)移植與修復(fù)器官的需求仍在不斷增長(zhǎng),而組織工程技術(shù)希望通過人工合成的方法成為有益補(bǔ)充。因而,組織支架可及性的大幅提升很有可能為器官移植解決“瓶頸性”難題。

 為移植的功能細(xì)胞搭個(gè)“家”

 對(duì)于一個(gè)組織工程的器官來說,除了發(fā)揮生命功能的種子細(xì)胞是核心之外,生物材料也是非常重要的組成部分。

 “單一細(xì)胞移植不易成活,也不‘合群’?！碧旖蜥t(yī)科大學(xué)教授顧漢卿等在總結(jié)組織工程技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀時(shí)介紹,必須為組織工程化的構(gòu)建提供細(xì)胞載體與組織結(jié)構(gòu)支架,因此需要生物材料。通俗地說,生物材料是要為移植的功能細(xì)胞搭個(gè)“家”,連“家”一起搬過去,讓外來的細(xì)胞有個(gè)支撐和依靠,進(jìn)而成活下來。

 “組織支架及其材料是影響組織構(gòu)建最為關(guān)鍵的因素之一?！鳖櫇h卿介紹,生物材料為種子細(xì)胞提供了適合其生長(zhǎng)、基質(zhì)合成及發(fā)揮其他功能的生物學(xué)空間,克服了細(xì)胞單獨(dú)移植中細(xì)胞不易成活、基質(zhì)合成能力低下等缺點(diǎn)。常用于組織工程的生物材料,按來源可分為天然材料和合成材料;按其化學(xué)成分可分為高分子材料、生物陶瓷和生物復(fù)合材料。

 由于要植入體內(nèi),甚至是人體內(nèi)的核心部位,因此對(duì)于組織工程生物材料的選擇,有很多苛刻的要求,如可降解、良好的生物相容性、低免疫原性以及一定的空間結(jié)構(gòu)、孔隙率、降解速率等特性。

 支架材料表面的化學(xué)和物理性能對(duì)種子細(xì)胞或生長(zhǎng)因子會(huì)造成一定的影響,也影響種子細(xì)胞的黏附和增殖,還可能影響種子細(xì)胞或生長(zhǎng)因子的功能。例如,膠原是一種常用的支架材料,但由于目前采用的異種膠原,存在一定的免疫反應(yīng)問題,對(duì)種子細(xì)胞可能有一定的影響。

 隨著人們能夠在細(xì)胞分子水平上模仿大自然的“鬼斧神工”,第三代組織工程生物材料將生物活性材料與可降解材料這兩個(gè)獨(dú)立的概念結(jié)合起來,通過在可降解材料上進(jìn)行分子修飾,誘導(dǎo)細(xì)胞增殖、分化,甚至與細(xì)胞外基質(zhì)的合成與組裝,啟動(dòng)機(jī)體的再生系統(tǒng)。

 在菠菜骨骼上長(zhǎng)出心臟組織

 當(dāng)主流的創(chuàng)新思路著力于分子水平的“合成”“再造”和苦苦尋找時(shí),另一部分研究人員反其道而行,從觸手可及的日常材料中尋求功能更強(qiáng)、更可持續(xù)、成本更低的材料。

 “最近的一些組織工程技術(shù)相對(duì)比較昂貴,其中一些可能需要長(zhǎng)時(shí)間和繁瑣的優(yōu)化程序來生成這些三維支架?！惫艩柕钦f,轉(zhuǎn)向自然的思路,很可能達(dá)到成本效益高、可持續(xù)發(fā)展的目的。

 據(jù)報(bào)道,受菠菜密集的靜脈網(wǎng)絡(luò)類似于人類心臟的血管網(wǎng)絡(luò)這一點(diǎn)啟發(fā),美國(guó)伍斯特理工學(xué)院的研究人員通過清洗植物細(xì)胞并留下植物壁基質(zhì),嘗試在菠菜骨骼上生長(zhǎng)心臟組織。

 各種其他的天然材料也在研究之中:豆腐被用作富含蛋白質(zhì)的支架,通過促進(jìn)細(xì)胞黏附來幫助傷口愈合;加入富含鈣的蛋殼來加強(qiáng)支架材料可以促進(jìn)骨愈合和神經(jīng)組織再生;一些研究從折紙術(shù)中獲得了構(gòu)建三維紙支架生長(zhǎng)骨組織的靈感。

 古爾登相信,直到現(xiàn)在蛋殼的醫(yī)療潛力仍未被開發(fā),他和同事利用一種新的介質(zhì),可利用蛋殼生長(zhǎng)新的骨組織,幫助骨骼創(chuàng)傷后再生。目前他們已經(jīng)在老鼠身上進(jìn)行實(shí)驗(yàn),將來很可能用于治療骨折等各類骨損傷人群?？茖W(xué)家會(huì)在受損的骨組織部位移植新的組織,這種新材料能夠加快骨移植的愈合。

 古爾登說,將骨細(xì)胞凝膠混合物植入大鼠后發(fā)現(xiàn)相容性良好,從接受移植的人身上收集骨細(xì)胞匹配后可用于人類骨折的治療。全球每年扔掉的數(shù)百萬噸蛋殼垃圾,將獲得另一種利用途徑。

 目前,科學(xué)家對(duì)回溯自然的生物材料的研究感到樂觀,大大降低成本是這些自然衍生品不可替代的優(yōu)勢(shì)。不僅為器官來源“解渴”,而且大大降低臨床使用價(jià)格,將使得器官移植的廣泛應(yīng)用成為可能。但“田園風(fēng)”的組織再造距離真正的臨床試驗(yàn)還有一段距離,在此之前,還有確定標(biāo)準(zhǔn)方案、驗(yàn)證生物材料療效、患者安全性等很長(zhǎng)的路要走。(記者 張佳星)