缺失的肢體再生沒什么大不了的了——比如海星或是蠑螈,是眾所周知的動物王國中能夠在斷臂斷尾之后再生肢體進(jìn)行替代的“超級能手”。但是它們并不是唯一能重建被破壞或損壞的身體部位的動物。鹿可以在三個月之內(nèi)重新長出重達(dá)66磅(30公斤)的新鹿角。斑馬魚可以重新長出它們的心臟,且已經(jīng)證實扁形蟲可以再生自己的頭部。
然而,對于人類來說,失去的就是失去了——否則呢?
你身體里的單個細(xì)胞由于老化而被不斷被替換,這一過程會隨著年齡不斷增大而減緩,但始終貫穿人類的一生。你甚至可以在你的某個器官中觀察到這種頻繁而明顯的再生:比如你的皮膚。根據(jù)美國化學(xué)學(xué)會的分析表明,事實上,每個人都會在兩到四周內(nèi)褪去一次外層皮膚,每年損失約18盎司(510克)的皮膚細(xì)胞。
然而,完整的再生器官和身體部位,在“主宰生命進(jìn)程”的醫(yī)生執(zhí)業(yè)生涯中是常見的,卻已經(jīng)超越人類生物學(xué)范圍。但近年來,科學(xué)家們已經(jīng)成功地培育出了一系列人體結(jié)構(gòu),已在動物身上試驗成功的相似結(jié)構(gòu),以及被稱為“細(xì)胞器”的小型人體器官,用于在細(xì)節(jié)水平上研究人體器官結(jié)構(gòu)和功能,這在以前是不可能的。下面是一些最新的例子:
輸卵管
柏林大普朗克感染生物學(xué)研究所的科學(xué)家們利用干細(xì)胞培育人類輸卵管的最內(nèi)層細(xì)胞層,輸卵管是連接卵巢和子宮的結(jié)構(gòu)。在1月11日發(fā)布的聲明中,研究人員對培育生成的細(xì)胞器描述為與正常尺寸的輸卵管具有相同的特征和形狀。
迷你大腦
俄亥俄州立大學(xué)(OSU)的科學(xué)家們在實驗室里從皮膚細(xì)胞培育出跟一塊橡皮擦大小的大腦,在結(jié)構(gòu)和遺傳學(xué)方面與一個5周齡胎兒的大腦相似。在一份8月18日的聲明中,被俄亥俄州立大學(xué)(OSU)的研究人員描述為“大腦改變者”的細(xì)胞器具有信號攜帶擴(kuò)展功能的神經(jīng)元如軸突和樹突。在袖珍腦的照片中,標(biāo)簽標(biāo)志出通常在胎兒大腦中發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。
迷你心臟
研究人員誘導(dǎo)干細(xì)胞向心臟肌肉和結(jié)締組織分化,然后將其組成許多小室并“跳動”。在一個成果演示視頻中,心臟肌肉細(xì)胞(中間用紅點(diǎn)表示)在跳動而結(jié)締組織(綠色的環(huán))將袖珍心臟安全地保護(hù)在其生長起來的培養(yǎng)基上面。加利福尼亞大學(xué)伯克利分校生物工程教授KevinHealy,也是該研究的共同作者,在一份聲明中說道:“這項技術(shù)可以幫助我們快速篩選出可能會造成先天性心臟病的藥物,并指導(dǎo)決策有關(guān)哪些藥物在懷孕期間使用是危險的。”這項研究發(fā)表于2015年三月的《自然通信》雜志。
迷你腎
澳大利亞科學(xué)家團(tuán)隊培育出迷你腎臟,首次將干細(xì)胞分化為三種不同類型的腎細(xì)胞。研究人員在之后的正常腎臟發(fā)育過程中培育出了該細(xì)胞器。在圖片中,三種顏色代表組成“腎單位”的三種腎細(xì)胞,其在腎臟中的結(jié)構(gòu)各不相同。
迷你肺
幾家研究機(jī)構(gòu)的研究人員聯(lián)合培育出構(gòu)成支氣管或氣道結(jié)構(gòu)以及肺囊的三維肺細(xì)胞。“這些迷你肺可以模仿真實組織的反應(yīng),將會是一個用來研究器官如何形成(和)隨著疾病發(fā)生發(fā)展如何變化以及對新藥物產(chǎn)生何種反應(yīng)的良好模型,”來自密歇根大學(xué)醫(yī)學(xué)院內(nèi)科與細(xì)胞生物學(xué)助理教授,該研究的資深研究作者JasonR.Spence,在一份聲明中說道。培育出的迷你肺在實驗室中存活超過100天。
迷你胃
大約花了一個月在培養(yǎng)皿中培育出了“橢圓形的、具有中空結(jié)構(gòu)”與胃的兩端類似的迷你胃,辛辛那提兒童醫(yī)院醫(yī)學(xué)中心發(fā)育生物學(xué)教授,該研究的共同作者JimWells如是說。Wells告訴生活科學(xué),這個測量直徑為0.1英寸(3毫米)的小小胃,將會特別有助于科學(xué)家研究某些細(xì)菌是如何導(dǎo)致發(fā)生胃病的。他說,這是因為細(xì)菌在不同的動物實驗中變現(xiàn)各不同。
2014年四月,發(fā)表在《柳葉刀》雜志上的一篇文章描述了實驗室培育出的陰道成功移植的研究結(jié)果,是通過在陰道形支架上對患者的細(xì)胞進(jìn)行培育而產(chǎn)生的。早在幾年前就在四個女孩和年齡在13歲到18歲之間的年輕女性中進(jìn)行了陰道移植以糾正陰道和子宮缺失或發(fā)育不良的先天性缺陷。在進(jìn)行陰道移植術(shù)后的八年中,每年都對這些青少年進(jìn)行檢查,在此期間,移植陰道一切功能正常,允許進(jìn)行無痛性交。
陰莖
美國韋克福里斯特再生醫(yī)學(xué)研究所的科學(xué)家們應(yīng)用兔細(xì)胞培育陰莖勃起組織,然后將實驗室培養(yǎng)的陰莖移植到雄兔身上,之后成功地進(jìn)行了交配。但這個過程尚處于實驗階段,要想獲得美國食品藥物管理局的批準(zhǔn),還需要為團(tuán)隊擴(kuò)大其工作范圍,包括人體組織和受試對象。美國再生醫(yī)學(xué)軍隊研究為該研究提供經(jīng)費(fèi),因為這項研究可以使得在戰(zhàn)爭中腹股溝受傷的士兵受益。
食管
在俄羅斯克拉斯諾達(dá)爾庫班國立醫(yī)科大學(xué),一個國際科學(xué)家小組花了三周時間在支架上用干細(xì)胞培育出一段功能食管;然后他們成功的將其植入大鼠體內(nèi)??茖W(xué)家們通過充氣和放氣10,000次測試新食管的耐用性,在10只大鼠體內(nèi)植入該人工食管,并取代多達(dá)20%的動物原始器官。
耳朵
現(xiàn)在聽聽這個:科學(xué)家們有了三維打印的人類耳朵,通過在支架中生長的活細(xì)胞覆蓋在耳朵模型上培育出人造耳朵。研究人員通過使用三維軟件對一個孩子的耳朵建模,然后將模型發(fā)送到三維打印機(jī)上,創(chuàng)建了耳形模具。一旦科學(xué)家們手上有了這個模具,他們就用活的耳朵細(xì)胞和來自牛的膠原蛋白對其進(jìn)行注射,這樣就“長出了耳朵”,生活科學(xué)報道。然后將人造耳朵植入大鼠一到三個月,隨著人造耳朵的增大,科學(xué)家們對其大小和形狀的變化進(jìn)行評估。
肝細(xì)胞
肝臟是人體內(nèi)最大的器官,它在適當(dāng)條件下具有修復(fù)和再生的巨大潛力。該器官提出了一個挑戰(zhàn),已被證明對于科學(xué)家們來說,在體外培育肝細(xì)胞并使其存活是非常困難的。來自德國和以色列的科學(xué)家首次在實驗室中成功培育出肝細(xì)胞,并將他們的研究發(fā)表在2015年10月26日的《自然生物技術(shù)》雜志上。雖然不是一個完整的器官(甚或只是一個細(xì)胞器),這項發(fā)展對臨床研究有著深遠(yuǎn)的影響,耶路撒冷希伯來大學(xué)亞力山大格拉斯中心主任,該研究的主要作者YaakovNahmias在一份聲明中將其描述為“肝臟研究的圣杯”。
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