■本報見習記者 趙廣立
干細胞不同于機體其他細胞之處在于，其具有自我更新、高度增殖,、多向分化的能力。胚胎干細胞更是具備分化成人體200多種細胞的“全能性”,。它的這種多向分化能力，以及其在再生醫(yī)學上的應(yīng)用潛力,，使人們再次看到了實現(xiàn)組織再生,、器官修復甚至人造器官的曙光,。
維克森林大學再生醫(yī)學中心研究人員利用人體細胞培育出再生人耳,。 圖片來源：谷歌圖片
兩年來,，罹患慢性腎功能衰竭的小黃在上海長征醫(yī)院唯一能做的事情就是,，一邊做血液透析一邊等待腎源,。
他的父親黃老先生早就想捐一個腎給兒子,。然而就在準備腎臟移植時,，血型匹配結(jié)果令他們始料未及：父親與他的血型不合,，無法實現(xiàn)器官移植,。
黃老先生辭世時,，家人作出捐獻兩個腎臟和一個肝臟的決定,，用以救治需要的病人,。而小黃面臨的,，仍然是一個難捱的、近似無期限的等待,。
器官急缺呼喚人造奇跡
人類從未像今天一樣如此需要外源器官,，世界各國都在臨床上面臨著前所未有的器官緊缺。
據(jù)統(tǒng)計,，在美國,，每年有數(shù)百萬患者患有各種組織、器官的功能喪失或功能障礙癥,，因而需要進行800萬次手術(shù),，年耗資400億美元。我國器官移植的供需矛盾也極為突出,，目前全國有約150萬名尿毒癥患者，而每年卻只能做3000例左右腎臟移植手術(shù),。另外,，有400萬名白血病患者在等待骨髓移植。
而今,，干細胞技術(shù)的發(fā)展和突破,、3D打印技術(shù)的演進,，讓等待器官的人們看到了新的希望?？墒?，科學家們知道，要制造出與人體一致,、有序,、能夠行使正常功能的器官將是一項浩大的工程。
不過人們依然樂觀,?！翱茖W的發(fā)展歷史在一定意義上講也是一個將各種不可能變成可能的過程?！庇媱澤成飳W國家重點實驗室干細胞與免疫學研究組組長,、中國科學院動物研究所研究員趙同標在接受《中國科學報》采訪時說，盡管目前國際上關(guān)于干細胞向具有功能性的器官的分化的研究還處于雛形,，但亦有充滿希望的研究進展,。
“比如，在體外從多能干細胞分化成具有簡單功能的腸與肝等的研究,，就是具有代表性的成果,。”趙同標告訴記者,。
而對于涌現(xiàn)出的3D打印技術(shù)在人造器官中的不斷探索與實踐,，國家干細胞工程技術(shù)研究中心主任、中國醫(yī)學科學院教授韓忠朝在接受《中國科學報》記者采訪時表示：“盡管這些創(chuàng)新實踐距離形成最終應(yīng)用還有很長的路要走,，但‘萬事開頭難’,，我相信通過不斷實踐和完善，最終都會達到能夠應(yīng)用的要求,，也許很慢,，也許很快?！?
受訪專家均表示,，解決器官緊缺問題是世界難題，許多科學家在為之努力,、協(xié)作,、實踐。盡管目前看來人造器官路途漫漫,，但它仍然是一個值得期待的再生醫(yī)學奇跡,。
組織工程：年輕有活力
干細胞研究是繼人類基因組大規(guī)模測序之后最具活力、最有影響和最有應(yīng)用前景的生命科學領(lǐng)域。自1999年干細胞研究被美國《科學》（Science）雜志評為年度世界十大科技成果之冠后,，干細胞技術(shù)研究備受關(guān)注,，多次上榜21世紀“值得關(guān)注的科技領(lǐng)域”。
“干細胞技術(shù)是相對年輕的研究領(lǐng)域,，近年來各項技術(shù)（如重編程等）的確取得了突飛猛進的發(fā)展,。”趙同標告訴《中國科學報》記者,，組織工程就是以干細胞研究為基礎(chǔ)發(fā)展起來的研究熱點,，它有望解決臨床上急需的人工組織與器官問題，進展極為迅速,，已經(jīng)成為干細胞應(yīng)用的主要方向,。
著名干細胞研究學者羅伯特·蘭薩指出：“干細胞的巨大潛力最終將被推上檢驗臺?！睋?jù)美國《華盛頓郵報》報道,，2011年7月15日，經(jīng)美國食品和藥物管理局（FDA）批準,，美國進行了首例以人類胚胎干細胞醫(yī)治漸進式失明患者的手術(shù),，這被認為是干細胞領(lǐng)域的重要里程碑。
2012年6月14日,，日本再生科學綜合研究中心教授笹井芳樹領(lǐng)導的研究小組利用小鼠的胚胎干細胞,，成功地在試管中培養(yǎng)出了被稱為“視杯”的視網(wǎng)膜組織。
“視杯”是胚胎發(fā)育初期形成的視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu),，研究人員將“視杯”再持續(xù)培養(yǎng)兩周后,，形成了接近新生小鼠視網(wǎng)膜的組織。視網(wǎng)膜含有多種細胞的復雜構(gòu)造,，在以往的胚胎干細胞培育技術(shù)中,，從未培育出如此復雜的組織。
“從多能干細胞向特定器官分化無疑是特別重要而且最具有挑戰(zhàn)性的課題,，是干細胞培育人組織器官路上最重要的一環(huán),。”趙同標告訴記者,，要應(yīng)對這一挑戰(zhàn)尚需進一步研究,，“干細胞培育人組織器官的道路上還有很多困難有待克服?！?
3D打印人體器官：一個浩大的工程
3D打印技術(shù)被引入生物工程技術(shù)領(lǐng)域以來,，人們逐漸意識到，利用干細胞技術(shù)培育人體器官的夢想,，在技術(shù)上有了更高明的手段,。
英國《衛(wèi)報》近日報道,，維也納分子生物技術(shù)研究所模擬子宮環(huán)境，通過人體干細胞培育出了一個直徑僅4毫米的微型大腦,。這個微型大腦由數(shù)層大腦細胞排列而成，因此它并非成熟完整的腦部,，其發(fā)育程度僅相當于胚胎形成初期,。
科學家稱，他們目前暫時不會再讓這個微型大腦繼續(xù)“長大”,，因為再大的話,，營養(yǎng)成分和氧氣就無法完全進入其內(nèi)部，那時就需要類似血管的養(yǎng)分運輸通道,，而這樣操作的難度就太大了,。因此，這個微型大腦恐怕無法發(fā)育成一個完整的大腦,、具備更加復雜的功能,。
但科學家們依然對該成果大加贊揚，認為其能大大有助于目前的神經(jīng)學科研究和藥物研究,。
韓忠朝告訴記者,，3D打印技術(shù)應(yīng)用于組織器官工程，需要滿足種子細胞（干細胞）,、可消化材料,、適宜培養(yǎng)條件三個基本要素。
“要考慮的首要問題是,，要有合適的干細胞,。這個干細胞來源何處，是最好用病人自己的干細胞,，或是別處,，要解決干細胞來源的問題，即有很強分化能力的干細胞的來源問題,?！表n忠朝說，現(xiàn)有技術(shù)條件下,，人們已經(jīng)可以利用干細胞分化出一些簡單組織,，如軟骨、血管和皮膚等,。
類似DIY,，3D打印需要原材料?！?D打印人體器官就是把原材料（如細胞）與培養(yǎng)基混合在一起,，在一定培養(yǎng)條件下這些細胞就沿著設(shè)定好的‘軌道’,，塑造一個組織或者器官?！表n忠朝說,，隨著生物材料的進步，這一條件可滿足的可能性越來越大,。
他表示,，隨著人們對培養(yǎng)干細胞分化的體外繁殖條件了解得越來越透，更增進了打印器官的可能性,。
然而,，韓忠朝指出，組織器官不是簡單的“產(chǎn)品”,，它需要復雜的調(diào)控,。“比如人工造一個腎臟或者心臟,，通過手術(shù)安裝到人體后,，神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)的調(diào)控功能能否與之相適應(yīng),，如何協(xié)調(diào)與人身體的調(diào)控,，這方面可能需要進一步研究?！?
“最關(guān)鍵的是,，能夠在體外從多能干細胞分化出具有正常功能的復雜的三維結(jié)構(gòu)的器官?！壁w同標指出,，器官是由各種功能性細胞和組織組成的，但就多能干細胞向特定功能細胞類型的分化本身還有很長的路要走,。
“分化效率低是最大的瓶頸,。”趙同標補充說,，“輪廓與外形的實現(xiàn)相對簡單得多,，而要這個打印出來的器官具有人體正常器官的功能還是一個遙遠的征程?！?
“可以想象,，將眾多類型的、復雜的,、具有特定功能的細胞組織群體,，組合成一個同我們?nèi)梭w一致的、有序的,、行使正常功能的三維器官是一個多么浩大的工程,?！壁w同標感嘆道。
首要是確保安全
韓忠朝表示,，即使科學家在體外培育出完整的人造器官,，距離臨床移植到人體內(nèi)還需要跨過安全關(guān)。
“臨床上首先要確保安全,，不允許有危險,。種子細胞從來源上首先要過安全關(guān)，之后才考慮它是否可用,。”韓忠朝指出,，“無論采用胚胎干細胞還是iPS誘導多能干細胞,，安全性是更主要的問題，確保安全才能用到組織器官的培育中去,?！?
國際學術(shù)權(quán)威雜志《科學》8月9日刊登了北京大學生命科學學院教授鄧宏魁研究團隊在生命科學領(lǐng)域的一項革命性的研究成果——用小分子化合物誘導體細胞重編程為多潛能干細胞。該成果被認為“開辟了一條全新的實現(xiàn)體細胞重編程的途徑”,，給未來應(yīng)用再生醫(yī)學治療重大疾病帶來了新的可能,。
在這項研究中，鄧宏魁團隊僅使用四個小分子化合物的組合對體細胞進行處理就可以成功地逆轉(zhuǎn)其“發(fā)育時鐘”,，實現(xiàn)體細胞的“重編程”,。這項成果提供了更加簡單和安全有效的方式來重新賦予成體細胞 “多潛能性”，是體細胞重編程技術(shù)的一個飛躍,，為未來細胞治療及人造器官提供了理想的細胞來源,。
“在技術(shù)層面上是一個飛躍，是領(lǐng)域內(nèi)科學家從2006年iPS誕生的那一天起就想解決的問題,?！壁w同標如此評價鄧宏魁團隊的成果。
他認為,，從技術(shù)上來講,，這種方法避免了復雜的基因操作及由此引起的基因組不穩(wěn)定的顧慮。
韓忠朝對《中國科學報》記者說：“鄧宏魁團隊的研究成果表明,，可以不用轉(zhuǎn)基因的技術(shù),，把人體細胞轉(zhuǎn)變?yōu)楦杉毎＿@為將來組織工程分化建立了一定的基礎(chǔ),?！彼掍h一轉(zhuǎn)，“但是這種誘導產(chǎn)生的多能干細胞,，它的分化,、增殖功能,，會否形成其他瘤的安全性問題，還沒有解決,，機理還沒有研究清楚,。”
“胚胎干細胞這樣的種子細胞都有可能長成腫瘤,，所以要解決一個安全性的問題,。”韓忠朝表示,。
