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在瑞典的卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院，研究人員洗去了大鼠心臟和肺臟的活性細(xì)胞，留下的是細(xì)胞外基質(zhì)。

斯德哥爾摩??安德馬里亞姆?貝耶恩(Andemariam Beyen)坐在醫(yī)院的窗戶旁，低斜的極地陽(yáng)光照映著他的臉，他開(kāi)始述說(shuō)那段以為自己就要死去的時(shí)光。

兩年半前貝耶恩在冰島學(xué)習(xí)工程學(xué)，正是在那時(shí)，醫(yī)生發(fā)現(xiàn)他的氣管中長(zhǎng)了一個(gè)高爾夫球大小的腫瘤。盡管進(jìn)行了手術(shù)和放療，腫瘤仍然繼續(xù)進(jìn)展。在2011年的春天，當(dāng)貝耶恩來(lái)到瑞典再次就醫(yī)時(shí)，他實(shí)際上已經(jīng)沒(méi)有多少選擇了�！澳菚r(shí)我就要死了，”他說(shuō)：“很痛苦，太難受了”。

但是卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院(Karolinska Institute)的保羅?馬基亞里尼(Paolo Macchiarini)醫(yī)生有一個(gè)根治該病的想法。他希望通過(guò)塑型體和患者自己的細(xì)胞給貝耶恩先生構(gòu)建一個(gè)新的氣管。

幾十年來(lái)再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展預(yù)示著未來(lái)能在實(shí)驗(yàn)室里培養(yǎng)替代器官（包括肝臟、腎臟甚至心臟），植入這樣一個(gè)人造器官是再生醫(yī)學(xué)界的首例。

最重要的是，這樣的未來(lái)一直如同科幻小說(shuō)里描述的一樣。現(xiàn)在像馬基亞里尼醫(yī)生一樣的研究者正在用一種特殊的方法構(gòu)建器官，他們利用人自身的細(xì)胞并讓軀體本身來(lái)完成大部分的工作。

“人體是如此美妙。我堅(jiān)信我們必須以最合理的方式利用它，”馬基亞里尼醫(yī)生說(shuō)。馬基亞里尼醫(yī)生目前負(fù)責(zé)管理這間組織工程領(lǐng)域領(lǐng)先的實(shí)驗(yàn)室。

到目前為止，科學(xué)家只能構(gòu)建并移植少數(shù)幾種器官，即相對(duì)簡(jiǎn)單的空腔臟器，例如膀胱和貝耶恩的氣管。2011年6月，人造氣管植入了貝耶恩的體內(nèi)。全世界的科學(xué)家希望通過(guò)類似的技術(shù)制造更多更復(fù)雜的器官。北卡羅來(lái)納州的維克森林大學(xué)(Wake Forest University)是人造膀胱的發(fā)源地，那里的研究者們正為人造腎臟、肝臟和其他器官而努力。中國(guó)和荷蘭的一些實(shí)驗(yàn)室也在眾多研究人造血管的機(jī)構(gòu)之列。

制造這些新的人體器官與幾十年前制造人工心臟的方式完全不同。那些很成熟的儀器設(shè)備到現(xiàn)在還暫時(shí)用于正在等候移植治療的患者，但是歸根到底機(jī)器還是機(jī)器。

組織工程師們旨在把這一件事變得更人性化。他們希望用細(xì)胞、血管和神經(jīng)制造器官，使其成為身體的一個(gè)有活力、有功能的部分。有些專家，比如馬基亞里尼醫(yī)生，希望能做更多??利用機(jī)體的修復(fù)機(jī)制，通過(guò)它自己來(lái)重建器官。

研究者正在利用干細(xì)胞、基底細(xì)胞研究的進(jìn)展，現(xiàn)在他們知道這些細(xì)胞能分化成特異的組織，例如肝臟或肺。他們正在了解更多稱作“支架”(scaffolds)的復(fù)合物的知識(shí)，這種復(fù)合物能夠像水泥一樣將細(xì)胞支撐在合適的位置，并且也在為組織修復(fù)募集細(xì)胞方面發(fā)揮重要作用。

組織工程師們提醒說(shuō)，他們所做的工作只是實(shí)驗(yàn)性的，并且花費(fèi)相當(dāng)高昂，創(chuàng)造復(fù)雜器官仍然需要很長(zhǎng)的路要走。但是他們對(duì)最終實(shí)現(xiàn)的可能性越來(lái)越樂(lè)觀。

“27年來(lái)，我越來(lái)越堅(jiān)信這樣做是可行的�！甭槭】傖t(yī)院(Massachusetts General Hospital)組織工程與器官制造實(shí)驗(yàn)室主任、行業(yè)先驅(qū)約瑟夫?P?瓦坎(Joseph P. Vacanti)醫(yī)生說(shuō)道。

在貝耶恩先生的案例中，多孔的纖維材料上種植了取自骨髓的干細(xì)胞，由此制成了人工氣管。置入生物反應(yīng)器中一天半后，移植物即與貝耶恩的身體融為一體，代替了他的長(zhǎng)有腫瘤的氣管。生物反應(yīng)器是類似于烤肉架的培養(yǎng)器，氣管在當(dāng)中旋轉(zhuǎn)。

當(dāng)馬基亞里尼醫(yī)生第一次提出該治療方案的時(shí)候，聽(tīng)來(lái)似乎非常不切實(shí)際，貝耶恩對(duì)此表示懷疑。

“我告訴他，我寧愿再活三年就死，”他說(shuō)，“我差點(diǎn)就回絕了，這種事情以前只在豬的身上成功過(guò)。但是他用一種非常科學(xué)的方法讓我信服了�！�

手術(shù)后15個(gè)月，現(xiàn)年39歲、來(lái)自厄立特里亞的貝耶恩沒(méi)有腫瘤的煩惱，能夠正常呼吸。他和妻子及兩個(gè)孩子回到了冰島，其中一歲的小兒子是他以為永遠(yuǎn)也不可能擁有的。在今年早些時(shí)候在斯德哥爾摩的隨訪中，他展示了胸部的長(zhǎng)縱行疤痕，他聲音嘶�。ǚ暖熛嚓P(guān)的后遺癥），能夠說(shuō)流利的英語(yǔ)。

他說(shuō)，自己正逐步恢復(fù)元?dú)猓�有時(shí)還甚至能小跑一會(huì)兒。

“感覺(jué)很好，”貝耶恩說(shuō)：“生活好多了”。

模仿自然

制作一個(gè)器官，得先知道自然是怎么創(chuàng)造它的。

這就是馬基亞里尼醫(yī)生實(shí)驗(yàn)室的研究員菲利普?榮格布魯斯(Philipp Jungebluth)做了以下工作的原因：他將一只心臟和一對(duì)肺臟裝在了工作臺(tái)的一只玻璃瓶中，并且連接上另一個(gè)裝有清洗劑樣液體的玻璃瓶。當(dāng)清洗劑流過(guò)這些從實(shí)驗(yàn)鼠身上取出來(lái)的器官，帶走其中有活性的細(xì)胞時(shí)，器官逐漸變得蒼白。三天后細(xì)胞消失了，剩下一團(tuán)閃亮的組織保有了器官的基本形狀。

這些便是心臟和肺臟的天然支架復(fù)合體，即細(xì)胞外基質(zhì)??由纖維蛋白和其它復(fù)合物構(gòu)成錯(cuò)綜復(fù)雜的三維網(wǎng)狀物質(zhì)，能夠?qū)⒏鞣N細(xì)胞保持在恰當(dāng)?shù)奈恢貌�幫助�?xì)胞間的信號(hào)傳遞。

全世界許多實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在都在進(jìn)行支架復(fù)合體的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。在一些病例中目標(biāo)是利用天然支架復(fù)合體本身組建新器官，譬如說(shuō)，取一個(gè)供者的肺，去掉所有的細(xì)胞，將患者自己的細(xì)胞“種植”于其中。這一想法認(rèn)為，相比于一個(gè)人工合成的支架復(fù)合體，還不如充分利用人體本身的支架復(fù)合體復(fù)制器官。

馬基亞里尼醫(yī)生和他的團(tuán)隊(duì)在2008年開(kāi)始嘗試，成功地將再生氣管植入了12名患者的體內(nèi)，他們中的大多數(shù)現(xiàn)在過(guò)上了正常的生活。因?yàn)楣┱咦陨淼募?xì)胞已經(jīng)移除，這個(gè)方法消除了移植的一個(gè)最主要的問(wèn)題：異體組織被受體排斥的風(fēng)險(xiǎn)。但是這并沒(méi)有解決一些同樣很棘手的其他問(wèn)題，例如：供者的氣管可能大小不合適、受者必須等待去除供者氣管并再植細(xì)胞的這段時(shí)間、需要的供者器官非常稀缺等等。

因此針對(duì)貝耶恩的病例，研究者決定制作一個(gè)塑型支架復(fù)合體，但是所有關(guān)于自體氣管的工作都是有幫助的�！拔覀儚牧汩_(kāi)始，學(xué)到了如此多的東西，”馬基亞里尼醫(yī)生說(shuō)，“如果沒(méi)有以往的經(jīng)驗(yàn)，我們也許就無(wú)法做人工移植�！�

量身定制

貝耶恩的合成支架復(fù)合體由倫敦大學(xué)學(xué)院(University College London)的科學(xué)家們構(gòu)建的，利用他自己的氣管作為模板。這是一個(gè)為其胸廓“量身定制”的高分子材料工程的精細(xì)作品。

但如果僅僅這樣，它還僅是一個(gè)沒(méi)有生命的多孔塑形體。為了成為能夠工作的氣管，這個(gè)塑形體之間的小縫隙需要填滿那些最終能形成組織并有功能的細(xì)胞。并不是所有的細(xì)胞都能完成這項(xiàng)任務(wù)，馬基亞里尼醫(yī)生和他的團(tuán)隊(duì)從干細(xì)胞開(kāi)始著手。

為了確保器官不會(huì)被排斥，細(xì)胞必須來(lái)自貝耶恩的自體，這同樣也能避免那些使用胚胎干細(xì)胞會(huì)涉及到的一些倫理問(wèn)題。貝耶恩的干細(xì)胞取自他的骨髓。這些細(xì)胞保存在營(yíng)養(yǎng)液中，然后用移液管將細(xì)胞從支架復(fù)合體中剝離下來(lái)，就像給火雞剝皮一樣。

干細(xì)胞是機(jī)體用來(lái)組建和自身修復(fù)的一部分。它們一開(kāi)始像一塊空白的石板，但是能夠分化成對(duì)特定組織或器官（例如氣管）特異的細(xì)胞。近幾年來(lái)，科學(xué)家在認(rèn)識(shí)干細(xì)胞如何分化方面取得了巨大的進(jìn)展。

這個(gè)斯德哥爾摩的團(tuán)隊(duì)希望在刺激干細(xì)胞生長(zhǎng)藥物的幫助下，種植在氣管內(nèi)的骨髓細(xì)胞能分化成器官內(nèi)部及外部的相應(yīng)細(xì)胞。但是馬基亞里尼醫(yī)生認(rèn)為這個(gè)過(guò)程并沒(méi)有如想象中那樣進(jìn)行�！拔蚁嘈牛�細(xì)胞在放入了生物反應(yīng)器兩三天后就凋亡了，”他說(shuō)，但是細(xì)胞在凋亡的時(shí)候釋放出了化學(xué)物質(zhì)，向機(jī)體發(fā)送信號(hào)，使得更多的細(xì)胞從骨髓通過(guò)血液循環(huán)到達(dá)了目的地，促進(jìn)了整個(gè)修復(fù)過(guò)程。

至少這是馬基亞里尼醫(yī)生對(duì)這個(gè)過(guò)程的解釋，“我們遠(yuǎn)沒(méi)有理解整個(gè)過(guò)程，”他說(shuō)，“差的遠(yuǎn)著呢�！�

“如果它流血了，說(shuō)明它成活了”

如果你不能咳嗽，你就死了。

這總結(jié)了氣管的重要功能之一：將可能引起潛在致病感染的細(xì)菌和其他空氣中的微粒阻擋在肺臟以外。一個(gè)正常的氣管由特異性分化的細(xì)胞組成，包括那些能夠產(chǎn)生黏液捕獲微粒的細(xì)胞。而咳嗽能將黏液及微粒帶出。

因此是否含有這些特化細(xì)胞成為檢驗(yàn)這些組織工程制造出來(lái)的氣管的方法之一。馬基亞里尼醫(yī)生早期在進(jìn)行關(guān)于供體氣管的研究時(shí)，將類似的來(lái)源于受者鼻腔的細(xì)胞種植于供者氣管內(nèi)。但是對(duì)于貝耶恩這個(gè)案例，馬基亞里尼寄希望于干細(xì)胞分化成其他種類的細(xì)胞，從而布滿氣管的內(nèi)部。

在手術(shù)五個(gè)月之后的2011年11月，貝耶恩的氣管內(nèi)部分長(zhǎng)出了特化細(xì)胞。在之后的隨訪中，馬基亞里尼醫(yī)生注意到這一生長(zhǎng)過(guò)程仍然非�；钴S，并且沒(méi)有感染的跡象�！岸�且他已經(jīng)能夠咳嗽了，”馬基亞里尼說(shuō)。

如果細(xì)胞存活下來(lái)，這意味著氣管通過(guò)與產(chǎn)生特化細(xì)胞一樣的方式生長(zhǎng)出了由小血管組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。所有的組織都必須有這樣的網(wǎng)絡(luò)，這樣每個(gè)細(xì)胞才能得到氧和營(yíng)養(yǎng)。但是對(duì)于組織工程師們而言，生長(zhǎng)出一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，或者說(shuō)確保這個(gè)網(wǎng)絡(luò)能繼續(xù)生長(zhǎng)，是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

“一開(kāi)始，我們認(rèn)為最主要的障礙是供血問(wèn)題，”瓦坎蒂醫(yī)生說(shuō)。瓦坎蒂醫(yī)生的實(shí)驗(yàn)室一直致力于通過(guò)組織工程制造肝臟和其他器官。

貝耶恩的醫(yī)生們有一個(gè)方法，可以來(lái)確定他的氣管是否長(zhǎng)出了血管網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。作為隨訪試驗(yàn)的一部分，他們故意輕微破壞了氣管的內(nèi)面。

“如果流血了，它便成活了，”馬基亞里尼醫(yī)生說(shuō)。

貝耶恩的氣管果真流血了。

下一個(gè)目標(biāo)

貝耶恩先生希望有朝一日回到厄立特里亞，成為一名地?zé)峁こ處煛５�是現(xiàn)在為了規(guī)律隨訪，他一直呆在離斯德哥爾摩很近的冰島。

氣管只含有他自己的細(xì)胞，因此他不需要吃藥抑制自身免疫系統(tǒng)以防止排異反應(yīng)。但是合成的支架復(fù)合體如同任何異物一樣會(huì)讓機(jī)體產(chǎn)生疤痕組織，而疤痕組織必須移除。雖然這并不是問(wèn)題，但是貝耶恩并不知道何時(shí)他才能回家，或是他究竟能不能回家�！爸挥挟�(dāng)他們告訴我，‘一切都很完美，你不需要進(jìn)一步的治療了’，我才能回家，”他說(shuō)。

“沒(méi)有人知道。我這是第一例�！�

去年11月，也就是貝耶恩先生手術(shù)后五個(gè)月，馬基亞里尼醫(yī)生在另一個(gè)腫瘤病人克里斯托弗?萊爾斯(Christopher Lyles)體內(nèi)植入了一個(gè)人造氣管。他使用了一個(gè)改良的由更細(xì)的纖維組成的塑料支架復(fù)合體。萊爾斯在今年一月回到了美國(guó)馬里蘭州，三月份去世。他的家屬并沒(méi)有公布死因，但是馬基亞里尼說(shuō)移植物一直工作正常。

盡管遇到挫折，馬基亞里尼醫(yī)生還是在今年六月為俄羅斯的兩名患者進(jìn)行了類似的手術(shù)。他說(shuō)，這兩名患者都順利出院了，現(xiàn)在情況良好。

馬基亞里尼醫(yī)生正在籌備進(jìn)行更多的手術(shù)。但是他說(shuō)，這種手術(shù)需要花費(fèi)近50萬(wàn)美元，大家得找到更簡(jiǎn)便易行的方案。

因?yàn)檫@類手術(shù)的潛在需求量很大，“我們不能裝模作樣，假裝我們已經(jīng)能夠離體種植這些特化細(xì)胞了，”他說(shuō)。相反，他設(shè)想開(kāi)發(fā)出更好的支架系統(tǒng)，不需要細(xì)胞就能植入體內(nèi)，靠藥物刺激機(jī)體將細(xì)胞運(yùn)送到特定部位。

他的終極夢(mèng)想是淘汰合成支架復(fù)合體，讓藥物使機(jī)體重建自身的支架復(fù)合體。

“不在患者身上大動(dòng)干戈，”馬基亞里尼醫(yī)生說(shuō)：“只是利用他的身體去創(chuàng)造自己的器官，這樣就太棒了。”

本文為“再生醫(yī)學(xué)”系列報(bào)道的第一部分。第二部分將于周二發(fā)表，介紹利用動(dòng)物組織來(lái)構(gòu)建人體肌肉。