可用于临床治疗的人工气管
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人工气管的“制作过程”
人工气管移植成功
人工气管启迪新思路
干细胞研究因制造和销毁胚胎而饱受伦理学抨击,组织工程学器官也因“亵渎神灵”而遭到宗教人士的抵制。如今,用患者自身干细胞培养出的人工气管移植成功,可能打破干细胞疗法面临的尴尬局面。
人工气管的诞生
西班牙巴塞罗那医院的马基亚里尼(Macchiarini)等,为1例终末期支气管软化的30岁女性患者进行了人工气管移植。该人工气管以尸体气管的组织为“支架”,以来自该患者的干细胞为“材料”。相关论文日前发表于《柳叶刀》(2008年11月19日在线发表)。
该患者在2004年因结核浸润颈段气管和全部左主支气管而导致发声困难和咳嗽。CT扫描显示,患者的声门下喉气管狭窄,接近闭塞。患者被诊断为结核后慢性气管炎和左主支气管继发性严重软化。患者接受声门下喉管切除和断端吻合,随后接受支架置入治疗。但是患者对支架的耐受性差,左肺下叶肺炎反复发作,还有咳嗽不愈、黏液滞留(mucous retention)等症状。医师遂将支架取出。
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2008年3月,患者因呼吸障碍而入院接受治疗。CT容积再现扫描显示,患者颈部气管正常,但左主支气管管径明显变小(残留管径的直径只有4 mm),有固定狭窄(图1)。
在治疗乏术的情况下,研究者选择了人工气管移植的方法。他们用各种化合物和酶处理尸体气管,去除其中的细胞,只留下由胶原蛋白纤维组成的组织框架。该蛋白框架提供了人工气管的基础结构。研究者随后取患者的骨髓干细胞和气管细胞,将其与供体气管蛋白框架一起放入旋转生物反应器中培养。4天后,待植入的人工气管“诞生”(图2)。
人工气管重“导”正常生活
患者在接受移植手术后10天即出院。在移植后2个月时,CT容积再现扫描显示,狭窄部位恢复(图3),患者的肺功能正常。在移植后4个月时,患者没有发生任何排斥反应。如今,患者重新过上了正常的生活,能够自由呼吸,能够做简单运动,如上楼梯、走路(每次可持续走500 m)。
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Macchiarini坦言,自己对此次人工气管移植十分担心,因为“之前这样的手术只在动物中进行过”。理论上说,这样的人工气管可以“骗过”患者的免疫系统,避免排斥反应发生,使患者从终身服用抗排斥药物的痛苦中解脱出来。而且,移植人工气管可以使患者的左肺重新正常工作,免受切除手术和相关并发症之苦。
事实证明,该人工气管移植手术十分成功。Macchiarini说,移植入的人工气管可与正常气管一样工作。在手术后的第4天,人工气管已经与正常气管没有明显差别。移植后1个月时,活检结果证实,移植物血供建立。在移植手术后的4个月内,患者没有显示出任何排斥反应的现象。Macchiarini教授认为,今后发生排斥反应的机会几乎为零。
人工气管改变外科治疗?
该人工气管的“制造者”之一、来自英国布里斯托大学的伯查尔(Birchall)教授指出,该结果意味着外科治疗的改变。外科医师现在可以开始探索干细胞和组织工程学技术的应用潜力,尤其是对难治性疾病。他还大胆预测,在今后的20年内,许多移植器官都将以这种形式“组建”。
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同样参与研究,来自美国曼哈顿西奈山医院的耳鼻喉专家根顿(Genden,暂译名)却认为,该人工气管无法成为治愈所有气管损坏患者的灵丹妙药。因为目前,人们还无法用人工气管替换全部的气管,只能用来做局部修补,而且也不是每次都能成功。
曾制造出人工心脏的泰勒(Taylor)教授表示,尸体器官提供三维结构、新生细胞充实器官的方法将可能推广到其他人工器官“制造”领域。人们已经用这个方法培育出了人工肝脏、肌肉、皮肤、肾脏等,将来的研究将可能针对其他复杂器官。
考虑到胚胎干细胞的分化潜力,人工器官的发展前景将十分广阔。来自剑桥大学的史密斯(Smith)教授说,关键是保证这些细胞分化、生长为人们需要的器官。
■ 相关链接
跳动的人工生物心脏
上述人工气管让人不由自主联想到今年1月美国科学家培育出的“建立在自然平台上的”人工生物心脏(详见本报2008年1月24日A2版)。
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美国麻省总医院外科的研究者用死去小鼠的心脏组织结构,向其中注入新生细胞,得到了重新跳动的心脏。“复活”8天后,这些心脏功能达到正常小鼠心脏功能的2%(Nat Med 2008, 14:213)。
图1 尸体气管提供纤维结构
人工气管成功替代狭窄段支气管
图2 在生物反应器中培育出人工气管
图3 人工气管移植
研究者用尸体气管的纤维结构和患者的骨髓干细胞,在生物反应器中培育出了人工气管。经过移植手术,患者狭窄段气管成功被人工气管取代。, 百拇医药