2019-09-25 14:46:40
生物前沿
本報記者 張佳星
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力量。
《生物技術(shù)趨勢》雜志近日發(fā)表了一篇美國馬薩諸塞州洛厄爾大學(xué)研究人員的學(xué)術(shù)評論，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、更可持續(xù)、成本也更低。”論文作者美國馬薩諸塞州洛厄爾大學(xué)副教授古爾登認為，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，我國2017年實施器官移植手術(shù)超過1.6萬例，2018年上半年實施近萬例，同比增長18%。盡管自愿捐獻目前仍是我國器官移植的唯一合法來源，隨著移植技術(shù)的成熟與進步，對移植與修復(fù)器官的需求仍在不斷增長，而組織工程技術(shù)希望通過人工合成的方法成為有益補充。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。
為移植的功能細胞搭個“家”
對于一個組織工程的器官來說，除了發(fā)揮生命功能的種子細胞是核心之外，生物材料也是非常重要的組成部分。
“單一細胞移植不易成活，也不‘合群’。”天津醫(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)狀時介紹，必須為組織工程化的構(gòu)建提供細胞載體與組織結(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胞搭個“家”，連“家”一起搬過去，讓外來的細胞有個支撐和依靠，進而成活下來。
“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。”顧漢卿介紹，生物材料為種子細胞提供了適合其生長、基質(zhì)合成及發(fā)揮其他功能的生物學(xué)空間，克服了細胞單獨移植中細胞不易成活、基質(zhì)合成能力低下等缺點。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)和物理性能對種子細胞或生長因子會造成一定的影響，也影響種子細胞的黏附和增殖，還可能影響種子細胞或生長因子的功能。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，對種子細胞可能有一定的影響。
隨著人們能夠在細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獨立的概念結(jié)合起來，通過在可降解材料上進行分子修飾，誘導(dǎo)細胞增殖、分化，甚至與細胞外基質(zhì)的合成與組裝，啟動機體的再生系統(tǒng)。
在菠菜骨骼上長出心臟組織
當主流的創(chuàng)新思路著力于分子水平的“合成”“再造”和苦苦尋找時，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、更可持續(xù)、成本更低的材料。
“最近的一些組織工程技術(shù)相對比較昂貴，其中一些可能需要長時間和繁瑣的優(yōu)化程序來生成這些三維支架。”古爾登說，轉(zhuǎn)向自然的思路，很可能達到成本效益高、可持續(xù)發(fā)展的目的。
據(jù)報道，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)這一點啟發(fā)，美國伍斯特理工學(xué)院的研究人員通過清洗植物細胞并留下植物壁基質(zhì)，嘗試在菠菜骨骼上生長心臟組織。
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，通過促進細胞黏附來幫助傷口愈合；加入富含鈣的蛋殼來加強支架材料可以促進骨愈合和神經(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)在老鼠身上進行實驗，將來很可能用于治療骨折等各類骨損傷人群?？茖W(xué)家會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。不僅為器官來源“解渴”，而且大大降低臨床使用價格，將使得器官移植的廣泛應(yīng)用成為可能。但“田園風”的組織再造距離真正的臨床試驗還有一段距離，在此之前，還有確定標準方案、驗證生物材料療效、患者安全性等很長的路要走。
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