第531章 組織工程學，論人造膀胱的可行性

昆市，三清總部。

薛珅趴在電腦前，十指翻飛，噼裡啪啦的鍵盤聲響徹整個辦公室。

良久，他才停了下來，滿意地點擊鼠標，將一封長長的郵件發(fā)送出去。

“三個多月啊，人工血管在豬身上的動物實驗總算完成了，實驗報告已經(jīng)上傳，接下來就等著在人體臨牀上應用了。”

“時間過得真快，一年時間眨眼就過去了。”

他看了看日曆，正好落在這一年的最後一個工作日，不禁發(fā)出長長的感嘆。

“幸好今年兩個大項目都非常順利，衛(wèi)總應該會很滿意吧，這升職加薪的事，估計就要提上日程囉。”

薛珅美滋滋地想著，情不自禁地咧著嘴笑了起來。

篤篤篤！

突然有人敲門。

薛珅趕緊收斂笑容，正襟危坐，喊了一聲：“請進。”

一個面容清秀的年輕人走了進來，透過厚厚的眼鏡片，兩人的目光交匯在一起。

薛珅眼中驚訝之色一閃而過，臉上迅速堆起笑容：“丁博，是你呀，真是稀客，請坐。”

丁冕在對面坐下，很客氣地問好：“薛博，你好，久仰大名，幸會幸會。”

他沒有浪費時間，直接開門見山道：“大家都是搞科研的，我也就不說那些虛頭巴腦的東西了，聽說你手上的人工血管項目進展不錯？已經(jīng)做完動物實驗了？”

薛珅心念電轉，他倒是不介意對方說話直接，而是人工血管的項目進展，按道理來說屬於內部機密，如果不是內部人員大嘴巴到處說，那隻能是來自衛(wèi)總了。

於是微微一笑，說道：“沒錯，是衛(wèi)總告訴伱的嗎？我下一步準備申請臨牀試驗了。”

丁冕一拍大腿，高興壞了：“太好了，那說明這個項目很成功啊，看來我這趟是來對了。”

薛珅呵呵一笑道：“你好像還沒說明你的來意。”

丁冕湊了過來，一臉興奮道：“你應該知道我的幹細胞實驗室吧，之前我手上有個人造血液項目，年底已經(jīng)上市，算是完成得差不多了。”

“然後我就在想下一個項目該幹嘛，衛(wèi)總給我提點了幾句，頓時撥雲(yún)見日，讓我茅塞頓開。”

“他說人造器官移植，離不開納米技術，正好你手上的人工血管項目，也屬於人造器官，讓我有什麼想法的話，可以過來跟你探討一二，或許會有新的收穫。”

“我一聽到人造血管，腦子裡瞬間靈光一閃，下個項目立馬就有了。”

薛珅知道對方是研究幹細胞方面的專家，手上也有成功的項目，不是碌碌無爲之輩，當下問道：“什麼新項目？跟人造血管有關？”

丁冕沒有馬上回答，而是反問道：“你對組織工程學有多少了解？”

薛珅緩緩搖頭：“聽說過，但沒有主修過這方面的課程，因爲我是物理學出身，跟你們生物科班出身的不能比。”

“那你知道人造器官的不同發(fā)展階段嗎？”丁冕繼續(xù)問道。

薛珅攤了攤手，笑而不語地看著他。

見此，丁冕也不再發(fā)問，而是滔滔不絕地繼續(xù)說了下去。

“你知道的，目前在科學界，全功能地製造出最複雜的人體器官，仍然是一個遙不可及的目標，但是很多特殊組織的構造已經(jīng)取得了很大的進展。”

“人造器官領域的聖盃是製造出心臟，腎臟，肺和肝臟這樣的實體器官。”

“然後就是像膀胱這樣的中空非管狀結構，屬於次一級的難度層級。”

“再往下難度遞減的話，就是製造出管狀結構，比如血管和氣管。”

“至於人類能夠製造出的最簡單器官，都是扁平而且相對堅硬的，比如皮膚，角膜之類。”

薛珅點點頭：“所以你想說的是？我們製造出了人造血管，屬於第三級別的難度。”

丁冕揮了揮手，說道：“其實難度並不是這樣分的，實體器官與管狀結構看起來很接近，中間只隔著一級，但兩者之間的難度，遠比人們想象的要大，可能是從0到1的差距。”

薛珅饒有興趣地問道：“那它們之間的關鍵性難點到底在哪裡呢？”

丁冕臉色變得嚴肅起來，沉吟著說道：“這就牽扯到組織工程學的知識了。”

“可能大部分人聽到這個名字，會以爲是一個管理學或者工程學上的名詞，但它確確實實是一個生物學名詞。”

“這裡的組織指的是多層次人體組織，比如納米尺度的蛋白質，微米尺度的細胞，毫米尺度的血管，釐米尺度的內臟，它們最終生長成整個身體。”

“組織工程學，就是指通過物理和化學的方式，解析組織結構，重新構建人體組織。”

“在人體組織中，細胞以非常複雜的方式排列，或多或少地形成對稱的三維結構。”

“在大多數(shù)情況下，它們會被嵌入一個由活性納米結構‘電纜’組成的複雜網(wǎng)絡中，這種網(wǎng)絡是由蛋白質構成的支架，我們稱之爲細胞外基質。”

“細胞外基質提供了一個具有結構，物理，機械，以及生化特性的環(huán)境，支持細胞的生長以及組織內的相互作用。”

“這些細胞外基質屬於一種活性的凝膠，由細胞分泌而來，其中含有大量的纖維狀蛋白質和糖類，包括膠原蛋白，彈性蛋白，透明質酸以及蛋白聚糖。”

“當我們遭遇傷害時，細胞外基質便被破壞了，當細胞移動到創(chuàng)傷位置時，細胞外基質的信息就已經(jīng)消失了，所以細胞會產生疤痕組織填充空白，這些疤痕組織會更硬一些，而且和其他結構不一致。”

“很早以前，人們就意識到，要想生長出人體組織，就得通過生成人工支架來種植細胞，從而重新創(chuàng)造出原本由細胞外基質提供的環(huán)境。”

“這個人工支架必須具有合適的結構，才能讓細胞附著其上，生存，演化和分裂。”

“同時還必須具備生物相容性，能夠傳輸物理和化學信號，以引導細胞分化。”

“舉個例子，人體的骨架就是由膠原蛋白和其他纖維蛋白編織而成的特殊支架，礦物性的磷酸鈣鹽可以在此沉澱，形成堅硬的骨骼。”

“骨骼在納米尺度下，將蛋白質與礦物質融合在一起，實現(xiàn)了它的特殊機械性能，同時兼具堅固與彈性，能夠對抗因敵人或意外引起的損傷和裂痕，並且爲生長與重生做好準備。”

“這就是骨折之後能夠重新修復並癒合的奧秘所在。”

“由此發(fā)展出了人工骨骼移植材料，以及人工皮膚等等。”

“這些案例代表了一個新型學科的興起，這就是組織工程學。”

“操控多能幹細胞使其分化成任意所需組織的能力，就是這一領域追求的終極目標。”

“但是目前人類還無法做到這一點，只能退而求其次，但利用人造支架構造出全功能的組織，就這一點，也非常困難。”

“主要難點有兩個。”

丁冕說到這裡，輕咳兩聲，端起秘書送進來的茶水，猛灌了一大口。

薛珅聽得入神，連聲催促道：“下面呢？接著說。”

“主要問題之一，就是人造結構中營養(yǎng)成分和氧氣的擴散非常難以實現(xiàn)。”

“這意味著，構建出幾微米的功能化小型細胞結構是可行的，事實上我們也已經(jīng)研發(fā)出這樣的微型人體組織結構，叫做類器官。”

“但是想讓它們變得更大，同時保持活性，就很難，因爲氧氣和必須的營養(yǎng)物質無法抵達細胞層級。”

“真實組織中的輸送是由非常複雜的生物機制與物理機制相互配合才得以實現(xiàn)，其中包括了血管的生成，可以在非常密集的環(huán)境中向細胞持續(xù)輸送氧氣和營養(yǎng)物質。”

“只有當細胞和毛細血管之間的距離不足200微米時，向細胞輸送營養(yǎng)成分，並移除廢物纔可能實現(xiàn)。”

“所以呢，人造器官中，血管的生成一直是一個棘手的生物學與工程學問題。”

“另一個難點則在於尋找合適的細胞來源，從而提供足夠多數(shù)量的細胞，最終生成具有醫(yī)學意義的大型組織。”

“目前來說，大部分的人造器官移植，都有一個捐贈者，一般都是死人居多，因爲這種不需要嚴格的配型。”

“科學家把捐贈者的器官，去除上面的供體細胞，留下一個組織支架，然後再植入受體的細胞，這樣才能完成一次移植。”

“時間長了以後，供體的支架會降解在體內，新的細胞和血管會長出來，徹底形成一個新的器官。”

薛珅忍不住插嘴道：“就像人造血管一樣。”

丁冕點點頭，總結道：“是的，所以現(xiàn)在人造器官的難點就很明確了。”

“首先，我們無法從頭開始用幹細胞發(fā)育出一個完整的實體器官，不管是心臟也好，還是腎臟，肝臟。”

“所以，我們只能製造一個人工支架，可以是生物材料，也可以是聚合物材料，金屬材料，甚至可以從死人或者動物的器官中取得。”

“接下來，我們把需要的細胞種植上去，可以是神經(jīng)細胞，心肌細胞，視網(wǎng)膜細胞，等任何細胞。”

“然後，我們就卡在這裡了，因爲沒有大量的細胞，無法把這個器官做得跟真實的器官一樣大。”

“這一點，也許以後可以用多能幹細胞分化技術來解決吧，總之我還是有信心的。”

“那如果這一困難解決掉，我們培養(yǎng)出了大量的細胞，都來自於同一個受體，因此也沒有免疫反應，條件非常完美。”

“接下來，我們又遇到了致命性的困難，那就是人造器官沒有血供，所有的細胞簇擁在一起，舒服地生長在細胞外基質組成的網(wǎng)絡裡，但是沒有營養(yǎng)和氧氣抵達，它們很快就會死去。”

“這個暫時還沒有解決辦法，一些比較簡單的小型器官可以通過接到人的胳膊或者大腿上，利用人體自身的生長能力，長出血管和神經(jīng)，從而解決這個問題。”

“但是對於大型器官來說，依然是無解。”

薛珅若有所思地說道：“你這麼一說，我就明白了，確實難度很大。”

他隨即笑了起來：“既然知道難點在哪裡就好了，起碼我們有了努力的目標，不是嗎？只要不斷朝著方向努力前進，遲早會解決掉這些困難。”

“啪啪啪！”丁冕鼓起掌來，大聲讚道：“沒錯，你這樣的態(tài)度，正是我輩科研人的精神，我一看就知道，這次沒找錯人。”

他摸了摸腦門，有些不好意思地說道：“對了，我好像還沒來得及說，我的新項目，正是人造膀胱項目。”

“人造膀胱？”薛珅吃了一驚，隨即興奮起來：“原來你一開始說的就是這個啊，這屬於中空非管狀結構，難度也很大吧，你有把握嗎？”

丁冕點點頭，又搖搖頭，說道：“不好說，我只有一個大概的設想。”

“說來聽聽？”薛珅再次伸了伸手。

丁冕扶了扶眼鏡，侃侃而談道。

“人造膀胱培育及移植手術在國外已經(jīng)有了臨牀上的案例，但尚未普及，國內尚未有過先例，對需要切除膀胱的患者來說，普遍的手術方案是截取一段大腸，然後改造成膀胱，再把輸尿管縫合上去。”

“這在臨牀上有很多限制，有些病人的腸道並不健康，無法截取腸道，另一個長期使用下來，也會導致一些問題。”

“人造膀胱移植技術就能完美地解決患者的困擾，不需要自體取材，對病人的身體條件也沒有限制。”

“這種新膀胱仿造自真實的膀胱，由3層物質構成，外層爲肌肉，內層爲膀胱上皮，中間則是起著連接作用的組織蛋白膠原質，需要有一定的彈性，整個結構看起來非常像一個烘焙夾心蛋糕。”

“我剛纔跟你說過，細胞的獲取和培養(yǎng)並不難，只要從患者的膀胱上取下一些活細胞樣本，將肌肉細胞和膀胱上皮細胞分別進行培養(yǎng)就行。”

“細胞培養(yǎng)好後，會放在一個膀胱形狀的可降解生物支架上，等整個新膀胱培育好，就會移植到患者體內。”

“由於膀胱收縮起來的時候，是非常小的一團，又是空心的，所需要的細胞並不多，所以是相對容易的選擇。”

“如果一切順利，最多一個月，人造膀胱在病人體內就能像正常膀胱一樣工作，再過幾個月，可降解支架會被分解，人造膀胱上會長出血管和神經(jīng)，跟周圍的組織連接起來。”

“整個過程中，移植手術和培養(yǎng)細胞的技術都非常成熟了，我就能幹。”

“唯一的難點在於生物支架，不過在人造血管研究成功後，也迎刃而解了。”

“我看過人造血管的性能參數(shù)，它所用到的彈性蛋白質非常適合人造膀胱，可以提供比正常膀胱高出幾倍的彈性，因此能更好地控制排尿，顯著改善患者的小便失禁癥狀。”

“這種生物材料只需要做一些改進，就完美適配人造膀胱這個項目。”

“你看怎麼樣？”丁冕興致勃勃地伸出手，一臉期待地說道：“要不要一起幹？”

薛珅頓時笑容滿面，緊緊握住對方的手，堅定無比道。

“沒問題，丁博，這次靠你帶飛了。”

(本章完)