细说组织工程(三) 理想很丰满、现实很骨感

2020-05-14 23:29:13
#其他

科学家们做事常常是先有理想(我们的专业术语叫假说),按照假说描绘出一个美好的蓝图,然后在实验室再试着把理想变成现实(他们把这个过程叫做科学研究),组织工程研究也是顺着这个套路做的。

组织工程这一术语是由著名美籍华裔科学家Y. C. Fung教授首先提出,1987年被美国国家科学基金委员会确定。但组织工程的先驱是美国的小儿外科医生Joseph P. Vacanti 教授和化学生物工程师Robert Langer教授,他们在上世纪80年代开始进行组织工程研究,1993年首先在世界著名的《科学》杂志上介绍了其研究成果。

1. Y. C. Fung教授;2.Joseph P. Vacanti 教授;3.Robert Langer教授;4.《科学》

早期的组织工程研究只能在实验室的培养皿里产生一小块组织,并没有特定的形状。20世纪90年代,哈佛大学儿童医院的实验室来了一位年轻的中国医生,这位医生当时英语口语不是很流利,因为交流不畅,开始时并不被Vacanti医生所看好,每周实验室的例会上他只能默默的坐在那里听其他同事介绍各自的工作,同事们几乎忽视了他的存在。直到有一天例会马上就要结束时,Vacanti医生问大家还有什么要说,这位年轻人从试验台下提出了一个实验动物笼子,里面养着一只没有毛的裸鼠,裸鼠背上长了一个“人耳朵”,当时“小伙伴们”全部惊呆了!当然后来全世界都被这只老鼠背上的“人耳朵”“惊呆了”。这位中国医生就是曹谊林教授。曹谊林教授在实验室的突破引起了科学界和媒体的广泛关注,这项研究进展是组织工程领域一个标志性的成果。

曹谊林教授

当曹谊林教授的研究获得突破后,很多人对组织工程寄予厚望,大家都觉得离临床应用的日子不是太远了,记得当时科学界很多人预测,十年内这样技术有可能广泛应用于临床。

但实际情况比人们想象的要难很多。首先是从小动物到大动物研究的过度过程中,人们发现支架材料在小动物体内没什么问题,但进入大动物体内却出现了“无菌性炎症”,在小动物体内获得的研究结果很难在大动物体内进行重复。其次,人们发现多种细胞组成的组织器官“体外再造”起来更加困难,生物体在发育过程中受多个基因和细胞因子调控。对正常组织的发育调控我们还没搞清楚,怎么可能在体外模拟“上帝(大自然)”造出一块组织或者一个器官呢? 实际上,问题远不止这些。在种子细胞、支架材料和调控因子各个方面有太多的问题我们没有搞清楚,这就像我们对建筑材料不清楚、对如何把他们组合在一起不清楚,就想建一所高楼大厦,实际上是不可能的。

在种子细胞方面,科学家们发现体内的普通细胞在体外长几代就老化了,很难获得足够多的细胞造组织,于是转而研究分化繁殖潜能巨大的干细胞。人工合成材料在体内难以应用,大家转而寻找天然的支架材料,而体外培养难以形成一块理想的组织器官,于是大家就把组织工程原材料植入体内,想借“上帝”之力来造一块组织。

骨髓干细胞体外诱导再生耳实验研究

总之,三十年过去了,组织工程材料的研究也确实取得了巨大的进步,但离获得突破,在体外生产各种组织工程组织,并广泛应用似乎还有一段距离。


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