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机体组织再生能否让生命延续?

来源:科技日报 2007-09-10 09:00

    科学家成功分离人体胚胎干细胞的新闻曾轰动了世界,科学家设想,如果分离胚胎干细胞成为可能,那么种种人体脏器的再生就不再是梦想。请关注———  

    我们知道,蜥蜴的尾巴断了能够再生,蝾螈和大鲵除了尾巴,四肢和双眼也能部分再生。至于水螅和片蛭这样的生物,即使把它们切碎,也能再生为一个个个体。而胚胎干细胞是在构成人体细胞中具有特殊分化功能的细胞,如果分离胚胎干细胞成为可能,那么种种人体脏器的再生就不再是梦想,而且已经具有了现实可能性。  

 人的再生能力如何呢?人的皮肤稍微受伤大致可以复元,骨折后经过适当的治疗也能够重新接好。为了实现肝移植采用的肝脏组织,随着细胞的增殖可以恢复原有的机能;像红血球这样的血液细胞,以及胃肠黏膜、皮肤上皮细胞等都能够反复再生。但是,一旦失去手足或内脏机能严重损坏,那么机体本来具有的机能便很难恢复,器官也不会再生。  

 那么,人体组织和脏器的再生,在可以预见的将来是否具有实现的可能性呢?  

 解决脏器供应难题  

 人体组织由于药物无法治愈的病创导致的功能异常,目前主要依靠移植人工脏器和脏器移植互为补充,在挽救许多患者生命的同时,也提高了他们的生存质量,使他们回归社会成为可能。然而遗憾的是,人工脏器和脏器的移植还有许多难点需要克服。比如,人工脏器还不能充分发挥机体功能,用于脏器移植的人工材料还不能与机体很好地相容。因此,植入人工心脏辨膜的病人为了防止形成血栓就必须每天服用药剂。随着时间的推移,植入人工关节的年轻患者由于人工材料的磨耗,常要再施手术。  

 另外,脏器移植面临的最大难题是能够提供的脏器“绝对缺乏”。美国是脏器移植的“大国”,然而提供脏器移植的人数却在逐年持续减少。这使需要移植脏器的患者等待时间一再延长。退一步说,即使移植成功,由于不是本人的脏器,患者必须不断服用具有副作用的免疫抑制剂,以控制机体的排异反应。  

 不依赖人工脏器和他人提供的脏器,若能凭借本人拥有的自然治愈能力让已丧失的机体组织和脏器再生的话,那是最理想的,以此为目标便是再生医学产生的背景。  

 构筑细胞的支撑组织  

 怎样才能让失去的机体组织再生呢?要让机体组织再生,就必须在构成机体组织细胞增殖的同时,构筑胞的支撑组织。通过对再生机体组织的研究发现,蝾螈和水螅的身体和人的骨骼及肝脏等,能以大致相同的构造实现再生。不管是前者还是后者,干细胞都在机体组织的再生中起到了重要作用。  

 干细胞被定义为:具有多次反复分裂和自我复制能力,能够在各种机体组织内分化的具有多分化能力的细胞。这里提到的干细胞是指在所有细胞中,从能够分化的胚性干细胞到已经进入机体并负有使命的组织干细胞,涉及的干细胞多样而复杂。  

 工欲善其事,必先利其器。为了实验机体组织的再生,首先必须掌握“工具”。所谓“工具”指的是细胞、成为立脚点的支持体和让细胞增殖和分化的因子。目前,用与机体组织再生的细胞与其说是干细胞,不如说是由干细胞略微分化而成的前驱细胞和芽细胞(古芽细胞等)。如果不能采用来自患者本身的细胞,就只能采用来自别人的细胞。在这种情况下,就得想办法克服机体的排异反应,比如考虑通过遗传基因重组去除细胞的抗原性。  

 构筑机体组织的“工具”  
 在构筑机体组织时,必须有成为组织的“构架”和“立脚点”的支持体。在构筑完成的机体组织中,这种支持体被称为“细胞外基因”。在再生医学中,由于把握来自机体本身的细胞外基体是很困难的事,只能代之以人工细胞外基体。作为人工细胞外基体使用的是立体的海绵状骨胶原,此时大量细胞能够进入其中。由于骨胶原在机体内能被分解,可以随着组织再生被机体全部吸收,因此给已深入人工细胞外基体内部的细胞提供营养是十分重要的。  

 要确保必要的细胞核“立脚点”,必须让分裂的细胞数量大幅度增加。控制细胞分裂的是一种被称为“细胞增殖因子”的蛋白质。要实现机体组织再生,必须把尚未分化的细胞导入需要再生的组织。  

 那么,在什么时候给予什么样的刺激,干细胞会分化、增殖,并在特定的组织内再生呢?目前没有弄清的情况还很多。不过,由于这一领域的研究进展迅速,在不远的将来,我们有可能大量掌握期望“制造”组织的细胞增殖和分化因子。  

 机体组织的再生在体内、体外都可以进行。在体内实施机体组织再生时,细胞、人工细胞外基体与细胞增殖和分化因子三者,并不是经常必不可少的。在体内实施机体组织,体内已经准备了必要的“工具”,机体本身会提供。不过与在体外的工厂化大量生产皮肤相比,利用体内环境实现机体组织再生,要想大规模生产是很难的。 

     正在实用化的尝试  

 下面介绍几个临床得到的机体组织再生的例子:历史最长的是皮肤的再生。目前,无论是在体外还是在体上皮肤都能再生,在体外实行皮肤再生时使用的是骨胶原和广泛用于手术吸收性缝合线、以聚乙二醇为主要成分的立体多孔体,把皮肤细胞植于其上(一般使用新生儿细胞),这种培育成的皮肤已实现工厂化生产。  

 皮肤组织由外层的上皮肤组织和内层的真皮组织两层构成。真皮的再生在患者的皮肤缺损部位进行。再生真皮时,只要把骨胶原的海绵状薄片植于皮肤的缺损部位就可以了,来自缺损部周围的正常皮肤的纤维芽细胞进入海绵状薄片内,骨胶原内分泌的真皮组织便实现了再生。  

 科学家也试验了关节软骨再生,比如,让采自患者的正常软骨细胞在体外增殖,将逐渐增值的软骨细胞预先植入患者正常的细胞外基体,再移入病患部位,于是软骨组织便在人体内开始再生。  

 类似腭骨这样的较大骨骼发生缺损,只靠填补“空间”的办法再生是相当缓慢的,必须使用患者自身的细胞,最常使用的是骨髓细胞。骨髓细胞中存在的骨干细胞分化成骨芽细胞,生成构成骨骼成分的基磷和骨胶原,于是骨骼组织便实现了再生。  

 多种组织再生在研究中  

 尚未达到的临床应用水平,而利用动物实验进行再生研究几乎涉及所有的人体组织。类似人类肾脏和心脏一类内脏器官,类似人的四肢这样的复合组织的再生,在目前的技术条件下还十分困难,在这方面的研究几乎还没有起步。  

 对于末梢神经的再生,科学家进行了长时间的研究。末梢神经纤维因外伤等原因被截断时,将两端神经纤维原样放置,让骨胶原纤维组织进入断面之间,断面便能结合。在这个过程中,把两段神经纤维用中空管连接,中枢神经产生的神经纤维会伸展至已死亡的神经末梢断面。即使末梢一端神经纤维已经死亡,由于可以沿自然途径到达神经末梢,以中空管为凭借的神经纤维很容易延长。不过现阶段,将神经纤维用中空管应用于临床,要让神经纤维延长到10厘米长是不容易做到的,而且必须改善吸收性中空管的内部状况,增加中空管的营养增殖因子和细胞连接因子。  

 除了上述人体机能组织的再生研究,目前人体小血管、中枢神经、大脑细胞等组织的再生正在研究,其中若干种开始进入试验性的临床应用。  

 利用生物人工脏器  

 像肝脏和胰脏这样的由体内重要组织合成的脏器,仅用人工心脏和人工肾脏一类人工材料组成,在现代技术水平上几近不可能。科学家的思路是充分利用细胞,这就是混合型的人工脏器或被称为生物人工脏器的细胞材料复合体。生物人工脏器的代表作便是短时用于体外循环的生物人工肝脏和长期埋入人体的生物人工胰脏。  
 生物人工脏器利用死者和动物的细胞,分解血液中的致病物质,分泌与葡萄糖浓度相应的胰岛素。但是来自死者的同种细胞和来自动物的异种细胞,对于患者来说都是异物。因此,使用人工脏器的患者不得不服用免疫抑制剂以控制排异反应,用人工材料隔离异种细胞,还得对生物人工脏器采用避免排异反应的设计。  

 在生物人工肝脏方面研究的最广泛的类型是将从猪体内分离出的肝细胞,植入中空管构成的组件内。生物人工胰脏是将在胰脏内分泌胰岛素的微小组织———胰岛包入免疫隔膜内,免疫隔离膜不但可让霉素,也可让胰岛素和供给细胞的营养物质透过,但将患者血液中的免疫系统细胞和蛋白质阻挡在外。在欧洲和美国,生物人工肝脏和生物人工胰脏都已用于对患者的治疗。  

 再生医学前景  

 再生医学的最终目的是保存干细胞,在某种机体组织需要的时候,在干细胞中加入细胞增殖和分化因子,于体外再生这一组织,进而用于治疗。  
 为了让以治疗为目的组织细胞分化,就必须确切搞清不可少的细胞分化因子的情况,对于细胞分化的实实在在的研究还刚开始。对于细胞增殖分子来说,比细胞分化因子需要更多深入了解,但是许多细胞增殖因子还很难把握。不过,由于机体组织再生的基体材料和免疫隔离膜均属于人造物质,是在适应使用目的的条件下提供的,掌握难度不大。  

为了实现再生医学的临床应用,起码要在人体外或体内人为地创造一个用于机体组织再生的环境。为再生医学早日实现,制在人体内开辟一个“空间”环境,是从比较简单的方式入手的有效方法。  

 科学家指出,让有种种机体组织复合构成的手臂、肾脏一类复杂组织实现再生的基础研究,也必须尽快开展。

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