哈佛醫學院用幹細胞人工培養出肺臟

哈佛醫學院用幹細胞人工培養出肺臟
文/科技日報 徐子惠
2010年07月28日，星期三

　　日前，美國科學家首次公布了一項最新研究成果：在實驗室中用幹細胞人工培養出肺臟，植入老鼠體內可使其存活6小時。

　　美國哈佛醫學院的研究團隊將老鼠肺臟上的細胞剔除，只留下細胞外間質作為新肺生長的「撐架」。隨後，他們在「撐架」中植入可定向發展為肺細胞的人類臍帶細胞和老鼠胚胎細胞，並將其放入模擬生物體內環境的培養器中進行培養。

　　這個微型的人工肺在培養器中不斷生長，並於大約1周后開始氧氣交換，也就是像正常肺一樣「呼吸」。被植入老鼠體內后，人工肺仍能繼續工作，成功使老鼠存活了6小時。

　　「新肺」會像被摘掉的「舊肺」一樣工作，排異反應大幅降低。

　　稀缺的肺源，總是將很多人拒之肺移植大門之外。那美國的生物人工肺能否解決這一問題，他們是利用什麼方法造出的？什麼時候這一技術能應用到人？

利用原有支架長出肺

　　「這個生物人工肺不是真正意義上的人工肺，可以稱為再生肺，因為還不是全人工製造，而是利用原有的大鼠肺支架為基礎，經種植上血管內皮細胞和肺泡上皮細胞而完成的。」同濟大學醫學院常務副院長、醫學博士和藥理學博士徐國彤教授說。

　　他介紹，本次美國哈佛大學麻省總醫院牽頭完成的再生肺研究，簡單說起來是這樣的：先把健康大鼠的肺取出，通過一個特定的裝置對肺組織進行脫細胞處理，用一種叫SDS的灌注液對肺組織內部進行沖洗（有些像我們用肥皂液洗手一樣），得到無細胞的「肺支架」，該「支架」仍保留有血管、氣道和肺泡等結構。然後把「支架」固定在特製的生物反應器中，再把兩種細胞分步種植到「肺支架」上去並進行培養，大約兩周就可以完成肺的再生。

　　「該再生肺，在體外實驗中顯示可以有血液流通和氣體交換。在動物實驗中，把大鼠部分肺葉切除並移植再生肺葉后，該肺可以有受試大鼠的血液流通、氣道可以通氣。檢測動脈血氧分壓的結果表明再生肺能進行氣體交換。」徐國彤說，「這是一個很大的突破。但目前，這個再生肺的功能只維持了6小時。第7小時時，再生肺的肺泡內因充滿了非血性液體而失去功能。病理檢查證實是肺水腫。但相信隨著研究的進展和技術的改進，再生肺的生存時間會越來越長。」

因子控制幹細胞發展成肺細胞

　　「利用幹細胞製造肺組織的各種細胞目前還做不到。」徐國彤說，「幹細胞是指具有自我更新能力和分化潛能的細胞，就是說一個幹細胞可以產生與它完全一樣的子代細胞或其他類型細胞的子代細胞（比如肺泡上皮細胞、肝細胞、神經細胞等）。」

　　根據幹細胞能產生的子代細胞類型的多少，可以被分成全能幹細胞（可以分化成任何種類細胞）、多能幹細胞（可以分化成多種類型細胞但不是所有類型細胞）以及組織幹細胞（只能分化為特定組織細胞，如神經幹細胞）等。幹細胞可以有多種來源：從早期胚胎（囊胚期）內細胞團培育出來的幹細胞被稱為胚胎幹細胞；從成體組織獲得的幹細胞叫成體幹細胞（經常講到的骨髓間充質幹細胞就屬於這類）；而利用Yamanaka因子（共有四個）可以把多種成體細胞（不是幹細胞）轉變為多能幹細胞，統稱為誘導性多能幹細胞（即iPS細胞）。

　　徐教授介紹：「這次生物人工肺的研究者應該是已經考慮甚至在進行以能定向分化成肺組織細胞的幹細胞為種子細胞的研究了，通過在培養時加入不同的因子，控制這些幹細胞變成我們需要的細胞類型。如內皮細胞、上皮細胞等等。」

應用到人，最少要5年

　　針對這項研究，耶魯大學的妮可拉森博士說：「這是肺部再生的起步，最終會用在人類身上。」她說：「到最後，我希望能夠創造出一個可直接植入人體內的肺臟。這樣一來，我們就不必再進行肺部移植手術了。」

　　但徐國彤表示：「從動物試驗到臨床應用到人，需要很長的路，不是一蹴而就。但一旦成功，肯定給器官移植行業帶來巨大變化。」

　　哈佛大學醫學院的研究人員也坦言，要想用類似的方法培養出可用的人類肺臟還有很長一段路要走，但是在5到10年內，這項研究將取得重大進展並最終被投入實際醫療應用，為需要肺臟移植的病人解決肺源不足的問題。無論如何，這項里程碑性的成就，為全球約5000萬的晚期肺臟疾病患者帶來了希望。

　　甚至有人猜想，如果把一副肺原有細胞去除后，植入待接受移植者的幹細胞，再把長出的新肺植入他的體內，「新肺」會像他被摘掉的「舊肺」一樣被滋養、調整和生長。這樣就能大幅降低排異反應，同時解決可移植器官緊缺問題。

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