永生的赌局-2 消耗型肉身

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消耗型肉身——组织再生科学

人和机器有什么区别?按法国哲学家拉美特里的说法,这两者区别不大。他在《人是机器》中写到:“人的身体是一架钟表,一架巨大的,极其精细巧妙的钟表。”他层层叠叠地反问着人体的机械性:“瞳孔不是机械地在日光下收缩以保护网膜,在黑暗里放大以观看事物么?冬天我们身上的毛孔不是机械地闭起来,使寒气不能侵入内部么?胃在受毒物、一定量的鸦片、呕吐剂刺激的时候,不是机械地翻扰起来么?心脏、动脉、肌肉在人入睡时候,不是和人醒时一样机械地不断伸缩么?肺不是机械地不断操作,就象一架鼓风的机器一样么?膀胱、直肠等等的括约肌,不是机械地发生作用么?”最后得出结论“人是一架会自己发动自己的机器,一架永动机的活生生的模型。体温推动它,食料支持它。”

虽然这段还原论的排比句现在看来显得太机械(哈!),但“人是机器”其实说出了现代医学的中心思想:如果把人看成是机器,那么疾病都可以化解成器官零件的故障加以修理,若已不堪修补,则需考虑替换;倘若有零件危害到整体的功能,那么我们要么去除零件并以其他方式弥补,要么只能遗憾地让整体都报销。从角膜移植,髋关节置换到囊尾切除,都是这种思想的体现。从理论上来说,一辆老爷车如果保养得好,并且能够无限制替换损耗部件的话,它没有理由不能正常运转到地老天荒。推车及人,不禁让人神往一种可能性:是否有一天,人类也可以像变形金刚那样随心换零件,在心脏衰竭,血管堵塞,关节退化,晶状体混浊之时,去做个以新换旧的手术,便又可以青春焕发,一日看尽长安花,像毕加索自嘲的“活跃的灵魂被困于一个疲累的身躯中”的晚年,即将成为抽象画中才有的苦难?

理论上来说,可以;实际上来说,已经部分实现。其实关于器官以旧换新,医学界已经执行了很多年了,只不过通常是以治病救人而非保健为目的,只不过供需极端不平衡,只不过通常叫做器官捐献和移植。如果各类器官都可以通过自体细胞培养,那么供应将不再是个问题(虽然短期内成本不会低),每年将有数十万人不必苦等可用器官,不再发生没等到之前病人就撒手人寰的惨剧;免疫排斥也不再是个问题,曾经只有双胞胎才具有的互相换肾的备胎优势即将成为大众配置;像今年台湾那起将艾滋病人器官移植到五名病人身上的重大医疗事故,将很难再次发生。

那么,怎么种心脏和肺?目前的组织器官再生技术的思路,基本上都是采用干细胞作为种子,在体外进行培养,长成一个所需器官后再移植给病人,取代掉整个或者部分功能失效的器官。干细胞是种少而特殊的细胞,它特殊在“具有多种分化的可能性”和“具有自更新能力”上。分化指的是细胞有选择性地成为特定类型特定结构的细胞的过程,对于肌体的大多数已分化细胞来说,它们的功能都是一定的:肌细胞时时舒张,神经细胞传导刺激信号,淋巴细胞全天候监控着异物侵入,生殖细胞则载着我们一半的遗传信息蓄势待发。在正常情况下,这些已经分化的细胞不会改变自己的职业(除非有癌变,或者被科学家们用各种因子进行诱导和强迫);而干细胞则是未分化的细胞,它们像是胸中有宏伟蓝图,却还没有选定终生职业的年轻人,有多种可能性,可以变成心肌细胞,也可以变成血细胞。不同干细胞的分化潜力也有不同,早期胚胎里的全能干细胞最强,可以发展成完整的个体;略差一点的是多功能干细胞,虽不能发育成个体,但是可以分化发育为多种组织;功能更专一点的是多潜能干细胞,它们能分化成某类族群的细胞,但是不能越界成为别种族群,比如造血干细胞,可以分化成各种造血祖细胞并进一步成为成熟血细胞,但是它们不能成为小肠上皮细胞;能力最受限制的是专一性干细胞,它们只能分化成某种特定功能的细胞,但是可以自我更新,也即能够产生两个子代细胞,其中一个是分化的有功能的细胞,另一个是跟自己一样的干细胞,犹如大禹治水时使用的遇水则长,永不耗损的息壤土。种植器官并不需要全能干细胞,因为并不需要克隆出完整的人——像科幻电影《逃出克隆岛》中那样克隆出完整的人后再从其身上收割一块肝一个肾的血腥做法,就算不考虑人权问题,其成本和收益的比例也相当不经济。想吃瓜种瓜,想吃豆种豆,想移植(注意不是吃)心脏,只需要种心脏细胞就可以了。种植器官利用到干细胞自我更新的特性,科学家们在支架上放上干细胞,浇水(含氧的血液)施肥(生长因子的刺激)假以时日,架子上就结出了红艳艳的心脏……

听起来很简单,不过要让干细胞长成所需的形状并不是件容易的事,如果没有合适的支架,那么无控制的生长最后会得到一堆太岁似的肉团——或者称为“肿瘤”。现在采取的策略需要使用一个捐赠心脏作为模板,采用特定药剂将其心肌细胞剥离,只留下手脚架一般的胶原组织——通常不会引起免疫排斥反应的部分,此阶段的“心脏”看起来纯白无暇,因此被昵称为“幽灵之心”。然后将从患者身上提取的干细胞加到这个支架上,供给充分的营养和血氧,这些干细胞就会沿着支架生长,最后长成一颗完整形状的心脏。因为心肌细胞是来源于病人自身,所以不会出现传统移植手术后很难避免的免疫排斥反应,病人不必长期使用免疫抑制剂导致对外界致病原虚弱;又因为干细胞可以自我更新,要用这样的技术做出多个器官副本也可以,所以理论上来说,如果病人硬要种出一缸子备用心脏,以后不管是中弹或者吃太多油炸薯条引发问题都有心可用,这虽然二得像输入了密码后获得三十条命的魂斗罗,但也是行得通的。

不过,外表再完美的心脏,不能泵血也是毫无用处,幸运的是这样靠干细胞长出来的心脏,并不需要等雷电夜才会跳动起来——在英国科学家首次利用病人骨髓多功能干细胞种出心脏阀门的一年后,美国明尼苏达大学的科学家们在2008年成功制造出了可以跳动的大鼠心脏,并且很快将这个成功扩展到猪心。因为从解剖学的角度看,猪心和人心的大小和结构有诸多相似,所以从事这项研究的泰勒博士对制造有功能的人类心脏的前景很乐观。值得指出的是,这样制造出的心脏的能力还不能直接用于器官移植,因为目前其泵血能力比天然心脏要弱不少(可能是微环境的控制不足,心肌发育不够彻底)。但是目标已明,技术日臻完善,伤心人不久或许即可不再寻寻觅觅冷冷清清。

这个策略需要两种材料:支架和干细胞。虽然支架目前仍然需要用天然器官制造,但是跟传统器官移植需要新鲜跳动的活心脏相比,可做支架的心脏来源可以是尸体和动物(比如猪心),所以这在很大程度上能缓解器官供应不足的问题。至于干细胞,其来源一向是热议话题,以前的研究中曾经使用到胚胎干细胞,因为胚胎干细胞有发育成人的潜力,所以这些研究触及到很多伦理问题。现在科学家致力于将已经分化的体细胞重新逆行退回到未分化状态成为iPS细胞(诱导多功能干细胞),然后再引导其走上不同的分化道路。还是用职业道路作比喻,这好比是让一个已经事业有成的人中年换跑道,他自己往往没有什么动力进行改变,需要有巨大的外力(基因工程引入外源的转录因子)将其推过一个个阻碍(不同细胞间的区别),然后回家待业(成为未分化干细胞),或者迈上另一条人生道路(分化另一种组织)。2007年,日本科学家山中伸弥使用基因技术将人体的皮肤细胞改造成了多功能干细胞,学术界弹冠相庆,因为这项技术不但可以回避胚胎干细胞的伦理障碍,又让科学家们有了几乎无限的实验材料来源——毕竟获取皮肤组织要比获取人类受精卵容易得多。2011年,Scripps研究所的科学家更进一步地将皮肤细胞直接转化成可跳动的心肌细胞,连先成为在家待业的iPS细胞步骤都省略了,只需十一天就一步到位转职成功,不但加快了制造目的器官的速度,也降低了残余的未分化iPS细胞在体内可能会致癌的风险。

除了心脏,还有诸多其他脏器借干细胞技术成功修复,包括肝、肾、肺、膀胱、皮肤、乳房、角膜、关节软骨等等,最新的成功是今年七月在瑞典卡罗林斯卡大学医院中实行的全球首例自体干细胞培育的气管移植手术,这项手术里使用了人造支架,连供体支架都不需要了。这些进展每时每刻都在涌现,只能说,这是最好的时代。难怪美国近期一项网络调查显示,有近半(49%)的都美国人认为到2020年,克隆器官将是很常规的医疗手段。不过使用干细胞进行医疗性克隆虽好,它也有一些技术难点:对于组成单一的器官,这样使用干细胞还可行,但是如果器官的组成复杂,比如眼球,要生成合适的细胞组分,并且将合适的细胞组分在合适的地方合适地摆好,就是个很大的难题,因为就算是沿着支架生长,这细胞生长的过程也是自发的,微环境难以调节的,缺乏具体到单一细胞的规划的。在这种情况下,另一项进展中的新技术正好可以弥补这些控制不足的难点,它叫做“器官打印”。

2009年,位于美国圣迭戈的一家生物公司Organovo向媒体公开了他们的器官打印技术,他们使用价值二十万美元的生物打印机,以活细胞为墨水,根据预设蓝图打印出所需人体器官。所谓“打印”,是指其使用的技术跟喷墨打印机的原理相当类似:一个喷头高速移动,在设计好的地方喷出“墨水”溶液,每滴溶液里都包含一万至三万个人类细胞,落在由另一个喷头出的水凝胶层“纸张”上,“纸张”给细胞提供附着点和支撑力。这样一层纸一层细胞一层纸一层细胞地叠起来,最后就可以得到一个三维的成品。水凝胶纸张在经过一两天后会被移走,只剩下细胞形成的组织。

这个快速成型技术的概念再简单不过,并且在工业制造中已经被充分使用了几十年,唯一不同的是使用的材料,不是工业用高分子聚合物,而是由干细胞制造出来的特定功能的细胞而已。虽然概念简单,但目前他们打印出的,除了两英寸长的血管,就只有尺寸精确的拇指骨。此技术若要充分运用到医疗上,科学家还是给出了一个五十年的估期,因为要打印某器官,必须要对该器官有充分的了解,才能够绘制出精确的蓝图,如果器官组成复杂,如何精细操控喷头喷出不同类型的细胞,并让其老老实实地不互相影响长出所需形状也是需要解决的技术难题;而且,虽然用这项技术打印那些结构复杂的器官有优势,但是这样打出的心脏会不会跳动尚未可知,有时候器官功能不仅仅是解剖结构决定,外界因子的作用也不可以忽略。不过这项技术的可控性,正好可以弥补让干细胞自在生长的组织培养技术的微调难题,而且一旦充分了解目的器官的组成蓝图,甚至可以对其进行优化设计——比如给先天心室狭小的人扩扩容,或者仅仅满足豪客们的斗富心理,让帕丽斯·希尔顿定制的肝脏上面长出路易斯威登的小碎花。

说到对组织进行优化设计,其实还有另一项研究风头正劲:在实验室里培养人造肉。想吃瓜种瓜,想吃豆种豆,想吃(注意不是移植)心脏,只需要种心脏细胞就可以了。人类平时食用的肉类,大部分是动物的肌肉细胞。组织培养的肉类,是采用干细胞或者肌卫星细胞作为种子,在实验室里增殖培养出大量肌肉细胞的技术。据估计,从一只动物里获取的细胞“种子”,可以长出足以让整地球人吃上几百年的上亿磅肉。“我们目前造出来的是比较退化的肌肉细胞,”在荷兰艾因荷温大学从事这项研究的马克·鄱斯特博士兴致勃勃地介绍到:“(为了让它们更有嚼头),我们需要找到方法锻炼这些肌肉细胞。这项技术很环保,且能减少屠宰动物的数量,我觉得有搞头,人们应该会买。”说这技术比传统畜牧业更环保是因为,牛羊这些反刍动物在打嗝放屁时排放的甲烷占全球温室气体排放量的18%;同时,它们的饲料饮水和排泄物也对环境有一定的影响,每制造一磅可食用的肉,需要消耗三到八磅的营养通过动物的消化系统;当肉可以直接长在实验室的培养皿里时,这些问题都迎刃而解了,人造肉将只产生4%的温室气体,产生等同重量的肉类对能量的需求可以降低7%至45%,对土地的占用只需要现阶段畜牧业占地的2%。又因为避免了畜牧业中动物同类相食的环节,或者水产养殖业中水体污染的风险,人造肉应该比传统肉更加清洁。鄱斯特博士的这项研究得到荷兰政府四百万美元研究经费的支持,在口碑上也被动物权利保护者和部分素食主义者称赞——著名的人道对待动物协会PETA曾在2008年悬赏一百万美元给能在2012年之前将实验室造鸡肉的技术带到大众市场的公司。

在2009年底,用猪细胞在实验室内种肉的技术在荷兰成功。人造肉预计会于五年内上市,但在上市之前还有不少研究工作要做,比如,怎样将脂肪细胞合理分配到肌肉里,怎样将实验室技术降低成本转化为大规模生产的技术,以及最重要的,怎样说服人们去吃它。除了闻到细菌培养基都觉得有牛肉汤味道的常年饥肠辘辘的研究生,人们通常不大喜欢将食物与实验室联系起来。转基因食品尚且在多个国家都引发争论,这种纯不天然肉类的反馈会如何也未可知。但是公平的说,这项技术其实并没有使用转基因技术,使用的细胞也是在自然条件下可以长成肌肉的细胞,在本质上,并不比用酵母菌造面包或者乳酸菌造酸奶更加离经叛道。不过在人造肉生长过程中可能会需要激素,这些因素对人体健康的影响还是应该计入考虑。

其实荷兰并不是人造肉先驱,美国在这方面也有不少研究。美国航空航天局NASA最开始是为了给宇航员研发便携食物而想到用人工合成方式制造肉食,他们使用火鸡的肌肉细胞做了不少工作,这项技术于1995年获得美国食品药监局FDA的批准。美国首次成功合成的人造肉是在2000年用金鱼(本质上是鲫鱼)的细胞制造出的鱼肉块——虽说当年报道用了“可食用”作定语,但是没有具体指明可供几人,或者多大的人食用——目前实验室内的人造肉大概是一个拇指盖大小……而且因为缺乏毛细血管和血液的缘故,它的颜色是白色的……不过,前景还是很看好的,如果人造肉能做好营销占领市场的话——可以尝试从饥肠辘辘的研究生开始推广,他们从不在乎方便面脱水牛肉包里肉块的颜色和形状。

虽然现在人类还不能将随心更换自己的身体部件,但是目前已成熟和将成熟的技术的都预示着人类不再受拘于这易腐肉身的年代即将来临,不知届时人类会有什么心情,看着自己身后那些替换下的器官,是否记得哪颗心为谁激烈跃动过,哪枚肝为了谁的离别解过酒。只要记忆还在,人就还是同样的人,过往的眼耳鼻舌身,请勿回望,请勿善忘。

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