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多篇文章解读人工器官/组织研发进展状况

来源:本站原创 2017-11-23 23:16

本文中,小编盘点了近年来人工器官/组织的研发进展情况,分享给大家!

【1】人造软骨有与天然软骨相似的“神奇”功能

软骨是身体内一种非常“神奇”的组织,它具有无与伦比的液体强度。在软骨组织中,80%的成分是水,却能帮助我们的身体应对很强大的压力。

合成的材料往往难以与天然的软骨相媲美,直到来自密歇根大学和中国江南大学的研究人员们开发了“Kevlartilage”。这是一种基于芳纶的材料,芳纶是一种合成纤维,被广泛所知的是它用于防弹背心,其强度可见一斑。另一种材料是聚乙烯醇(PVA),这是一种常见的水凝胶软骨中的材料。这种全新的混合材料带给了我们意想不到的惊喜,它不但具有非常好的强度,同时也具有天然软骨相似的含水量,有望成为替代身体内软骨或其他软组织的优质选择。研究发表在最近的《Advanced Materials》上。

软骨在临床上有着非常大的需求,在美国,有85万人需要接受手术切除或者更换膝关节的软骨。有很多关节损伤的人群将从优质的软骨替代品中获益。虽然其他种类的人造软骨已经在进行临床试验,但这些材料无法达到强度和水含量的完美组合。

【2】人造蛋白质视网膜问世,有望为盲人带来光明

研究者制成了生物质材料的人工视网膜,可感光并向神经元传递信号。

目前,24岁的凡妮莎·雷斯特雷波-施尔德(Vanessa Restrepo-Schild)还在牛津大学化学学院学习,而这位年轻的学者率领的团队已经首次人工合成了一种新的生物质视网膜。

与以往“人造视网膜”不同的是,本次采用的并非传统刚性材料,而是在实验室条件下培养的合成生物组织。

这项发现有望在未来给器官移植业带来巨大变革,促进新型低侵入性人造器官类似物的开发,帮助治疗眼部器质性病变,为视力障碍人士带来福音。

视网膜在获得视力的过程中所起到的作用类似摄影中摄像头像素的感光过程。视网膜位于人眼后部,包含具有把光信号转换成能通过神经系统传导的电信号功能的蛋白细胞。电信号传导后会触发大脑的应答机制,最终在大脑中形成所见场景的视觉图片。

【3】Diabe Care:科学家证实:人工胰腺系统在临床试验中表现良好

doi:10.2337/dc17-1188

在综合使用新型人工胰腺系统的6万个小时期间,多名参与者在多个临床试验点进行了为期12周的试验,结果表明,这种新型的人工胰腺系统在两项重要的指标上能够明显改善1型糖尿病患者的生活质量。相关研究刊登于国际杂志Diabetes Care上。在这项临床试验中,来自加州、维吉尼亚州和明尼苏达州的30名1型糖尿病患者除了进行日常的正常生活外,新型人工胰腺系统还会持续监测其机体中葡萄糖的水平,并且会自动地调节患者机体中胰岛素的运输。

相关研究结果对患者的两个重要指标带来了一定的积极影响,即降低了糖化血红蛋白(HbA1c)的水平以及患者低血糖的时间。这项研究由哈佛大学等机构的研究人员开展,研究者表示,1型糖尿病患者必须时刻检测其血糖水平,必要时还需要经针注射或输液泵提供足量的胰岛素,这种人工胰腺能够模拟健康人群的葡萄糖调节功能,而且这种闭合回路系统包括了一种胰岛素泵和位于皮肤底下的持续性葡萄糖监测模块;一种先进的控制算法能够嵌入到蓝牙连接的智能手机信号中,从而根据多个变量(包括患者摄入餐食的量、体育锻炼情况、睡眠、压力和代谢等)来控制胰岛素泵向患者机体中输送的胰岛素水平。

【4】科学家开发出可行使正常功能的人工肝脏

很多包括肝硬化 (cirrhosis) 和肝炎 (Hepatitis) 在内的肝脏疾病最终会导致肝功能衰竭(liver failure),这时候,患者需要肝脏移植来挽救他们的生命。但是目前适合移植的肝脏数量远远少于需要肝脏移植的患者数目。

为了解决这个问题,麻省理工学院 (MIT), 洛克菲勒大学 (Rockefeller University) 和波士顿大学(Boston University) 的研究人员开发出一种运用组织工程学构建的可移植到动物体内的人工肝组织。在小鼠肝脏损伤模型中,研究人员发现移植到小鼠腹腔中的人工肝组织能够扩增50倍并且可以行使正常的肝脏功能。

在这项发表在《Science Translational Medicine》的研究中,研究人员将人类肝细胞(human hepatocytes)、成纤维细胞 (fibroblasts) 和内皮细胞索 (endothelial cell cords)以特定的排列模式嵌入到一种能够被生物降解的水凝胶骨架中。当这种人工制造的肝组织被移植到肝脏受损的小鼠腹腔中后,它们能够生成血管并且与小鼠的循环系统整合。同时这种人工肝脏组织能够对小鼠分泌的刺激肝脏再生的信号产生反应,导致血管生成并且促进肝细胞增殖。

【5】像真实心脏一样跳动,瑞士制造出3D打印人工心脏

瑞士的苏黎世联邦理工学院功能材料实验室的研究团队开发了一种人工心脏。它看起来像真实心脏,跳动起来也与其无异。虽然近期内不能像真实心脏一样工作,但是这项成果暗示了未来人们有望开发并应用更小的、与人类器官更相近的人造器官。

像真实心脏一样跳动,瑞士制造出3D打印人工心脏

研究人员采用硅胶材料通过3D打印技术合成该人工心脏,其内部结构与真实心脏相似,都有左心室和右心室。这一方法在合成器官领域已然越来越流行了。

人类心脏的左、右心室间存在室间隔,其大部分为心肌。该人工心脏也有一个中央腔,在外部泵作用下可以膨胀收缩,以起到类似于肌肉的作用。除了需要外部驱动,该人工心脏还有一个更大的缺点,即寿命太短。根据研究团队报道的成果,该硅胶心脏跳动3000次后就会开始衰减,相当于只能使用大约45分钟,因此无法应用于临床植入,这在实践中几乎没有用。

【6】Nat Med:重磅!科学家在实验室中开发出人工胆管组织 或有望用来治疗肝脏疾病

doi:10.1038/nm.4360

日前,一项刊登在国际杂志Nature Medicine上的研究报告中,来自剑桥大学的研究人员通过研究开发了一种新方法能够促进人工胆管组织的生长和移植,未来该技术或有望帮助治疗儿童肝脏疾病,从而降低临床上肝脏移植的需求。文章中,研究者通过研究开发出了3D细胞结构,将这种结构移植到小鼠机体中其就会发育成为正常有功能的胆管组织。

胆管是一种较长的管状结构,其能够帮助机体运输胆汁,而胆汁则是由肝脏分泌,能够帮助机体对食物进行消化的一种消化液;比如,在患有胆道闭锁的患儿中,一旦胆管无法正常工作,胆汁就会直接在肝脏中诱发损伤。本文研究中,研究人员利用细胞移植技术结合组织工程化技术开发出了能够进行移植的人工胆管组织,这种方法或为后期有效治疗胆管疾病提供新的希望,当然目前来看其是进行肝脏移植的唯一选择。

研究者Ludovic Vallier教授表示,这项研究中,我们从胆管组织中分离出了健康的胆管细胞,随后让这些细胞生长在名为胆管类器官的功能性3D胆管结构上,当将其移植到小鼠机体中时,胆管类器官就能够组装成为复杂的胆管结构,进而形成胆管。研究人员通过联合研究调查了是否这种胆管类器官能够在生物降解的胶原蛋白支架上生长,随后这些类器官将会形成管状结构并且用来修复机体中损伤的胆管组织;四周后,这些细胞就会完全覆盖微型支架成为人工管状组织,同时其还能够表现出正常功能性胆管的关键特性,这些人工胆管随后就能够用来移除小鼠机体中损伤的胆管组织,经过试验后研究者发现,人工胆管的移植非常成功,而且被移植的动物不会有任何副作用或并发症的出现。

【7】Nat Chem Biol:人造胰岛细胞能够响应高血糖环境分泌胰岛素

新闻阅读:Researchers design synthetic beta cells to secrete insulin in response to high blood sugar

目前治疗I型糖尿病以及一些II型糖尿病都需要长期性的、痛苦的胰岛素注射过程。然而,最近来自北卡洛琳娜大学的研究者们开发出了一类更加对患者友好的治疗方法:一类能够响应血糖变化自动分泌胰岛素的人工胰岛细胞。

这些人工胰岛细胞(artificial beta cells,ABC)模拟了机体自然的血糖控制功能。通过皮下注射的方式将这些细胞注入患者体内,每隔几天更换一次,或者利用更加无痛的皮肤贴进行给药。

根据发表在《Nature Chemical Biology》杂志上的一篇文章,缺乏胰岛细胞的小鼠在单次注射ABC之后,体内的血糖含量快速回复到了正常水平,持续时间能够长达5天。

【8】Nat Commun:子宫外维持早产动物发育时间获得新突破,人造子宫还有多远?

doi:10.1038/ncomms15112

《自然-通讯》在线发表的研究 An extra-uterine system to physiologically support the extreme premature lamb 报告了一个可在外部人造子宫中维持超早产羔羊生存的系统。试验中的羔羊存活了四周,是迄今为止子宫外装置维持动物稳定机能的最长时间。

通过良好的新生儿重症监护,23周龄及以上的人类早产儿的存活率已经得到了提高,但超早产仍然是新生儿死亡和致病的一个重要原因。然而,设计能在超早产新生儿中延长妊娠的体外系统的尝试目前仍未成功。

Alan Flake及同事开发了一种封闭的流体人造环境,这一系统由一个聚乙烯薄膜袋及通过脐带接口连接的氧气回路组成,能模拟子宫内的环境。作者用超早产羔羊(在生物学上与妊娠23-24周的早产儿相当)测试了系统。

【9】寻找科学的圣杯:人造血液或迎来数十年首个重大突破

Doctor 博士是圣路易斯华盛顿大学的研究员,也是一名儿童急救科医生。这是他的实验室最近开展的人造血液临床前研究之一,如果足够幸运的话,他们可能会改写人类在人造血液研究领域长达几十年失败的颓然之势。

在美国,每年大约有 4500 万人需要输血。因外伤失血导致的死亡案例可达上万,即使伤者幸存,也往往会因氧耗竭造成组织永久损伤。人造血液一旦研究成功,可以满足日益增长的临床用血需求,在外伤救治和手术中发挥重要作用。另外,人造血液可以降低用血难度。目前全血不易获取和保存,新鲜的血液只能冷藏 42 天,未冷藏的情况下只能保存几个小时。因此,在不具备输血条件时,比如战场、农村地区和车祸现场,人造血液可以作为救急手段,减少患者送往医院前的死亡率,成为挽救生命的重要选择。

人造血液还可以改善医疗服务水平。对于长期需要输血的人群,比如骨髓增生异常综合症和再生障碍性贫血患者,使用人造血液可以提高他们的生活质量。在器官移植中,人造血液能用来维持捐献器官存活,防止或降低再灌注损伤。因为宗教和种族信仰而对输血产生排斥的人群,将来也会从人造血液中获益。

【10】Nat Mater:人造视网膜或可给数百万盲人患者带来光明

doi:10.1038/nmat4874

最近,研究者们通过一种视网膜移植的手术让大鼠的视力恢复了正常,这一疗法将来可以用于临床治疗。

这一移植手术的机制在于将光信号转变为电信号用以刺激视网膜神经元,这一技术可以为数百万名视网膜退行性疾病患者带来光明

视网膜是位于眼睛背部的,由数百万光敏感受体构成的结构。然而,有240个基因的突变会导致视网膜的退化。不过,虽然这些光敏感受体细胞死亡,但视网膜神经元却没有受到损害。

由于视网膜神经元完好而具备完整的功能,此前的研究已经成功地通过用仿生学的眼部设备处理视网膜色点,并用光照激活神经元细胞。另外一些研究者们则利用CRISPR/CAS基因编辑系统修复致盲的基因突变。(生物谷Bioon.com)

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