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科学家成功“打印”人体组织

我们急需更多的器官。在每一时刻,都有超过123,000的美国人正等待着器官移植。每年,其中的6,500人尚未等到捐献者便身亡。而在那些幸运地得到捐献器官的病人中,又有15%-50%在5年内遭受急性器官排斥。

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因此,全国各地的科学家都在争相寻找实验室内培养器官的方法,试图用病人自己的细胞来制造新的肾、肝、心脏、肺等器官,使其不受自身免疫系统的排斥。换句话说,让病人成为自己的器官捐献者。


而这项工程之所以如此艰难,是因为人类目前用于制造大部分东西的技术并不适于制造器官。组织和器官的自我装配过程所遵循的规则与人类制造其他东西的方式大不相同。其中的一个关键挑战就是:将血管置于正确位置。这是必不可少的,因为血管在运送氧气和营养物质中起到关键作用,然而它在器官内的行走路径蜿蜒曲折。


本周,高德纳公司的研究人员公布了一种可以帮助克服这种阻碍的技术。他们将来自老鼠和人体的活细胞组装成微小的“类器官”——结构复杂的真实器官的简化版。


该技术本质上是3D打印的一种形式,但并不用到3D打印机。它的制作方法有些像“闪光画”,即小孩子用胶水绘制图案,而后倒上一堆闪光粉,再把多余的粉抖掉以显现出画的样貌。在这个技术中,科学家将闪光粉替换为细胞,将胶水替换为由DNA制得的一种生物魔术贴——它可以将细胞粘在适当位置上。


然而,使这项技术非同寻常的一点在于,科学家为不同类型的细胞分配了不同的DNA编码链。因此,它们得以精准地为不同类型的细胞找寻具体位置,就像人类身体所自然会做的那样。


DNA有着非凡的附着于互补序列的能力。当它找寻到其互补序列时,它能快速而明确地附着其上。所以我们所做的是将这个承载着基因信息的分子转变为多口味的“魔术贴”。


回到闪光画的类比中,它就好比你为不同颜色的闪光粉分配不同类型的胶水。因而当你用7种胶水绘制同心圆弧,再洒上混合颜色的闪光粉并抖掉多余的粉之后,你将得到一条漂亮的彩虹。


然而研究团队是在三维世界中研制该技术,而非二维。他们在一片玻璃上层层搭建“类器官”,而后会得到多种半个拇指大的不同类型的细胞群、或一个代表着血管系统的复杂的细胞分支结构。


研究团队仅仅用了3或4种细胞类型来搭建这些结构,但原则上,该技术可以适用于任何数量的细胞类型。


高德纳公司表示,他们的短期目标是利用这种方法来研究组织的生长及构成这些组织的细胞之间的交互作用。但他们希望发展该技术,使其最终能够制造可用的人体器官。这些器官将最先被用于新型实验药品的测试,它们能比实验室内的老鼠更好地反映药物在人体身上的作用效果。而他们最终的期冀是使该技术能够为病患个性化定制属于自己的器官。


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