有沒有一種方式，從根源解決衰老和疾病的發(fā)生？激發(fā)身體的自我修復(fù)的能力？生命科學(xué)研究正如火如荼，在不久的未來(lái)，干細(xì)胞或許可以辦到。

未來(lái)某一天，新興的再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可能會(huì)給心臟病和神經(jīng)退行性疾病的治療帶來(lái)革命性變化，解決器官捐獻(xiàn)供體不足問題，完全恢復(fù)受損的肌肉、肌腱和其他組織。

研究人員發(fā)現(xiàn)，關(guān)鍵在于給身體提供一類由多種蛋白質(zhì)、纖維或細(xì)胞組成的啟動(dòng)元件，或者克隆已在成年患者體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的半特化的干細(xì)胞，從而使機(jī)體替換掉損傷的細(xì)胞。

人工干預(yù)可以使機(jī)體再生這些組織，在通常情況下，這是無(wú)法單獨(dú)依靠機(jī)體自身來(lái)完成的。這種使機(jī)體自我修復(fù)的治療方法，已經(jīng)使一些患者生病的心臟開始恢復(fù)活力，并幫助外科醫(yī)生治療肌肉損傷。

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干細(xì)胞移植治療心臟病

2009年初，邁克·瓊斯（Mike Jones）在美國(guó)路易斯維爾市的一家便利店里買了一份報(bào)紙，讀到一則新聞：當(dāng)?shù)匾幻t(yī)生通過收集病人的自體干細(xì)胞，然后讓其增殖來(lái)治療心臟病。這樣一種前所未有的治療方法，借助了這些未成熟細(xì)胞的再生能力。

瓊斯當(dāng)時(shí)65歲，患有充血性心力衰竭（congestive heart failure），他的心臟一直不能有效泵血。他聯(lián)系了新聞報(bào)道中的這位醫(yī)生，路易斯維爾大學(xué)的羅伯托·波利（Roberto Bolli）。2009年7月，瓊斯成為世界上第一位接受自體心臟干細(xì)胞移植療法的病人。

治療前，瓊斯幾乎不能爬樓梯，而如今他可以自如地劈柴，在自己9英畝（約36421平方米）的庭院中清理掉落的樹枝。他的“心臟射血分?jǐn)?shù)”（ejection fraction，衡量心臟泵血功能的一個(gè)指標(biāo)）已經(jīng)從治療前的20%，提升到接受治療兩年之后的40%——這真是不可思議的改善，盡管目前的數(shù)值仍然低于正常水平（55%—70%）。

從那時(shí)起，已經(jīng)有數(shù)百名心臟病患者接受了類似的治療，醫(yī)生從病人自己的心臟、骨髓或非親屬捐獻(xiàn)者身上提取干細(xì)胞，再回輸?shù)讲∪梭w內(nèi)，這些病人的情況都有所改善。

研究者認(rèn)為，這些干細(xì)胞能夠構(gòu)建出新的組織，并刺激其他細(xì)胞分裂。盡管我們?nèi)孕枰芯?，如何才能正確使用這些干細(xì)胞，但毋庸置疑，干細(xì)胞療法是完全可行的。將來(lái)，我們可以收集、培養(yǎng)并凍存我們自己的干細(xì)胞，以備不時(shí)之需?！?/p>

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啟動(dòng)心臟泵

過去40年間，科學(xué)家認(rèn)為人體心臟是一個(gè)強(qiáng)大但容易受傷的動(dòng)力泵。他們推斷，這可能是由于成人心臟不能產(chǎn)生新細(xì)胞，所以任何細(xì)胞的死亡都會(huì)對(duì)心臟造成不可挽回的損害。然而，一位科學(xué)家偶然在顯微鏡下，觀察到成人的心臟細(xì)胞可以分裂，而此后，對(duì)心臟組織樣本所做的碳同位素測(cè)量檢測(cè)也證實(shí)，成人心臟終生都能再生新的細(xì)胞，盡管更新速度比腸和皮膚慢很多。

目前，生物學(xué)家估計(jì)，心臟每年可以更新的細(xì)胞數(shù)量，超過心肌細(xì)胞總數(shù)（40億—50億個(gè)）的1%。同時(shí)，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，這些新細(xì)胞來(lái)自心臟中成體細(xì)胞和干細(xì)胞的復(fù)制。

這些自體干細(xì)胞可以在一定程度上幫助心臟修復(fù)。比如在心臟病發(fā)作后，損傷部位周圍的干細(xì)胞會(huì)分化成新的心臟細(xì)胞，并刺激已有的心臟細(xì)胞分裂。然而，這種自我修復(fù)只能持續(xù)1周—2周，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以替換一次典型的心臟病發(fā)作所損害的十幾億細(xì)胞。

因此，心臟病發(fā)作的結(jié)果就是造成大面積的、僵硬的疤痕組織（scar tissue）。就像汽車輪胎在破損處會(huì)膨出一樣，人體心臟也會(huì)在疤痕處膨出，從而導(dǎo)致這個(gè)本來(lái)效率很高的器官變成一個(gè)松垮無(wú)效的血泵。

干細(xì)胞治療是給心臟注入大量的自體修復(fù)細(xì)胞。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，一部分注入的干細(xì)胞會(huì)分化為成體細(xì)胞，但大多數(shù)細(xì)胞會(huì)在幾天內(nèi)死亡。然而在細(xì)胞死亡之前，它們會(huì)分泌多種可以促進(jìn)健康心臟細(xì)胞增殖的蛋白，并且分泌可以降解疤痕組織中膠原蛋白纖維的蛋白酶，從而促進(jìn)心肌組織的再生。

通過一根接入冠狀動(dòng)脈的導(dǎo)管，16名患者分別輸入了100萬(wàn)心臟干細(xì)胞，另外7名患者接受了標(biāo)準(zhǔn)治療（使用β-受體阻滯藥和利尿劑）。4個(gè)月后，接受干細(xì)胞治療的患者的平均射血分?jǐn)?shù)從最初的30.3%提高到38.5%，但接受標(biāo)準(zhǔn)治療的患者幾乎沒有改變（從30.1%到30.2%）。接受干細(xì)胞療法一年后，患者疤痕組織的平均重量下降了30%。

邁阿密大學(xué)的約書亞·黑爾（Joshua Hare）教授想弄清楚，心臟病患者到底可不可以耐受異體骨髓干細(xì)胞的移植，還是說會(huì)產(chǎn)生排斥反應(yīng)。他對(duì)15名患者分別輸入自體骨髓干細(xì)胞，對(duì)另外15名患者則輸入異體骨髓干細(xì)胞。13個(gè)月后，兩組患者都沒有出現(xiàn)排斥反應(yīng)，并且疤痕組織都減少了三分之一以上。相對(duì)于自體干細(xì)胞而言，老年患者更適宜于接受年輕捐獻(xiàn)者的干細(xì)胞，因?yàn)檫@些年輕的細(xì)胞還沒有受到多少“磨損”。

“到目前為止，我們還沒有辦法全部清除心臟病發(fā)作產(chǎn)生的疤痕組織，”黑爾說，“減少疤痕組織并代之以新生組織，就是我們現(xiàn)在所追求的目標(biāo)。我覺得，我們將徹底改變心臟病的治療方式?！?/p>

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“超級(jí)膠水”療法

利用天然膠黏劑，就可能使肌肉、肌腱甚至器官再生

多年來(lái)，無(wú)論是研究人體還是其他生物體，生物學(xué)家大多將注意力集中于細(xì)胞內(nèi)部的活動(dòng)，而忽略了機(jī)體內(nèi)將細(xì)胞整合到一起的“膠水”。當(dāng)研究人員開始深入研究細(xì)胞間的這些物質(zhì)，即細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix）時(shí)，他們開始意識(shí)到，這是一個(gè)十分復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。長(zhǎng)期被忽略的細(xì)胞外基質(zhì)不僅組成了維持動(dòng)物組織和器官所必需的生物支架，以避免組織和器官溶解成一團(tuán)糊狀，還能釋放信號(hào)分子，幫助機(jī)體進(jìn)行自我修復(fù)。

在這種認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，研究人員目前提出一種新的組織工程療法——讓天然生物支架發(fā)揮修復(fù)能力。這種方法是從豬等動(dòng)物的天然組織中提取細(xì)胞外基質(zhì)，然后將其植入嚴(yán)重內(nèi)傷的病人體內(nèi)。新植入的支架可能釋放信號(hào)分子，吸引半特化的干細(xì)胞從身體其他部位遷移到損傷處，填補(bǔ)缺損，進(jìn)而分化成損傷處原有的特定組織。最終，這些植入的支架將被人體內(nèi)的蛋白和纖維替代，完全清除外源植入的痕跡。

研究人員正在飛速地把這一設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。外科醫(yī)生已開始嘗試讓人體再生新的肌腱，他們希望，在不久的將來(lái)可以常規(guī)化地重建大塊肌肉組織，甚至器官。美國(guó)國(guó)防部成立了專家組，對(duì)在戰(zhàn)爭(zhēng)中因爆炸而導(dǎo)致胸部、手臂或腿部嚴(yán)重受傷的士兵進(jìn)行治療。在這類研究中，美國(guó)國(guó)防部已投入了數(shù)千萬(wàn)美元。

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疤痕與再生

美國(guó)匹茲堡大學(xué)麥格溫再生醫(yī)學(xué)研究所副所長(zhǎng)斯蒂芬·巴迪拉克（Stephen Badylak）為推進(jìn)再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)步作出了重要貢獻(xiàn)，在這一點(diǎn)上，其他研究人員很少有人能與之比肩。巴迪拉克獲得醫(yī)學(xué)學(xué)士學(xué)位后，首先進(jìn)入獸醫(yī)行業(yè)開始職業(yè)生涯，后來(lái)又獲得了病理學(xué)博士學(xué)位。

巴迪拉克相信，總有一天可以證明細(xì)胞外基質(zhì)移植對(duì)于治療爆炸中的幸存者非常有益。他指出，哺乳動(dòng)物的身體對(duì)受傷作出反應(yīng)的方式很有限。對(duì)于小傷口，比如被紙張劃破的傷口，在炎癥細(xì)胞局部聚集、對(duì)抗感染并清除損傷組織后就會(huì)消失，很快就會(huì)被正常皮膚完全替代（不會(huì)產(chǎn)生疤痕）。

而另一方面，遭遇路邊炸彈襲擊而幸存下來(lái)的士兵，其體內(nèi)某個(gè)特定肌肉群可能會(huì)損失20%—80%的肌肉組織。研究人員認(rèn)為，在這樣嚴(yán)重受傷的情況下，身體再生組織，進(jìn)行自我修復(fù)的能力已經(jīng)不足以完全修復(fù)損傷，未修復(fù)處就會(huì)被密集的疤痕組織填滿。疤痕組織雖然能與周圍的存留組織相連接，但會(huì)導(dǎo)致組織功能喪失。在這種情況下，最佳選擇可能是截肢，并安裝假肢，以便使傷者獲得更大的運(yùn)動(dòng)能力。

巴迪拉克和同事利用細(xì)胞外基質(zhì)移植療法，治療了80名肌肉重度損傷超過6個(gè)月的病人。經(jīng)過高強(qiáng)度的物理治療，確保機(jī)體已經(jīng)最大程度地替換掉受傷肌肉組織后，外科醫(yī)生重新切開傷口，取出已形成的疤痕組織，放入生物支架，并將其連接在周圍的健康組織上。

前期治療結(jié)果十分令人鼓舞.經(jīng)過細(xì)胞外基質(zhì)移植的治療后，研究人員對(duì)病人的肌肉進(jìn)行活組織檢查（Biopsies）時(shí)，觀察到的結(jié)果與在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中所看到的生化變化完全一樣。如果所有后續(xù)結(jié)果都反應(yīng)良好，巴迪拉克希望在今年晚些時(shí)候公布最初5名患者的治療結(jié)果。

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打印器官的內(nèi)部血管

要構(gòu)建能正常工作的大型器官，研究人員需要找到一種在支架內(nèi)部形成血管網(wǎng)絡(luò)的方法.

TED大會(huì)上介紹的先進(jìn)科技總能讓觀眾驚嘆。然而即使是按照TED的標(biāo)準(zhǔn)，2011年由威克弗里斯特再生醫(yī)學(xué)研究所的安東尼·阿達(dá)拉（Anthony Atala）發(fā)表的演講仍然令人震驚。阿達(dá)拉站在臺(tái)上演講時(shí)，身后一臺(tái)機(jī)器內(nèi)部的電機(jī)——畫面顯示，電機(jī)正在反復(fù)“編織”，將實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的活細(xì)胞一層層地堆積在一個(gè)中央平臺(tái)上，電機(jī)的所有動(dòng)作都基于一個(gè)高度精確的三維數(shù)字圖案。

這個(gè)過程稱為三維打印，它的工作原理類似于噴墨打印機(jī)，只不過噴墨打印機(jī)使用油墨，而這臺(tái)三維打印機(jī)使用了活細(xì)胞溶液。通過將人體細(xì)胞一層層地堆積起來(lái)，阿達(dá)拉的這臺(tái)機(jī)器最終“打印”出了一個(gè)真實(shí)大小的腎臟。這個(gè)過程就像人們利用個(gè)人的三維打印機(jī)制造出咖啡機(jī)的塑料零件一樣簡(jiǎn)單。

直接而快速地制造器官的技術(shù)將非常受歡迎，僅在美國(guó)，就有105000多人等待著器官捐贈(zèng)。

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令人振奮的突破

賓夕法尼亞大學(xué)的博士后研究員喬丹·米勒（Jordan Miller）是這個(gè)項(xiàng)目組的主要研究者之一，米勒和同事對(duì)一款叫做RepRap的開源三維打印機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)，使它能夠?qū)⒁环N以特殊比例混合的糖打印成直徑在1毫米到100微米之間的各種細(xì)絲。

該團(tuán)隊(duì)利用這些細(xì)絲構(gòu)建了理想的血管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，生成一個(gè)由糖構(gòu)成的框架結(jié)構(gòu)，并用一種生物相容性良好的聚合物覆蓋這一框架結(jié)構(gòu)，防止糖過快溶解。接著，他們用細(xì)胞外基質(zhì)和血管內(nèi)皮細(xì)胞（endothelial cells）的混合物，包裹住整個(gè)結(jié)構(gòu)。最后，用水沖洗掉糖分，留下的就是由活細(xì)胞構(gòu)成的牢固血管。

接下來(lái)就該這些細(xì)胞發(fā)揮作用了。與在人體內(nèi)的行為一樣，它們重新構(gòu)建血管，使整個(gè)結(jié)構(gòu)富有強(qiáng)度，甚至在稍大的血管末端，還能形成小的毛細(xì)血管。正如賓夕法尼亞大學(xué)組織微加工實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人克里斯托弗·陳（Christopher Chen）所說，“我們不必設(shè)計(jì)好完美的架構(gòu)”，我們只需要讓細(xì)胞自己去填充細(xì)節(jié)。從本質(zhì)上來(lái)說，人體能夠很好地接管一個(gè)接近完整的器官，并逐漸完善其功能。