科学家在实验室里培育肺

每年有成千上万的人死于移植等待名单。等完了吗?
2018年8月7日

采访

琼·尼科尔斯,德克萨斯大学医学分部

肺图

肺图

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每年有成千上万的人死于移植等待名单。因为没有足够的捐献器官来满足需求。这就是为什么本周美国科学家宣布,他们已经成功地在一种被称为生物反应器的培养容器中培养出了一种新的人体大小的肺,并能成功地植入猪体内,这是一个巨大的进步。琼·尼科尔斯(Joan Nichols)在加尔维斯顿的德克萨斯大学医学分部工作。

琼:对于那些需要进行肺移植的人来说,永远没有足够的捐赠器官,而那些患有严重肺病的人,我们对此无能为力。进入移植名单的人要等很长时间才能获得器官,许多人甚至在接受器官之前就已经死亡,这从一开始就是移植过程中的一个整体问题。

克里斯:所以问题是器官短缺?我们没有足够的供体器官,我们能做些什么来克服这个问题呢?

琼:我们研究小组讨论过的方法之一是找到一种方法为需要肺的人制造肺。现在,这意味着使用那些被丢弃的肺,那些不能用于移植的肺,并为它们找到另一种用途,作为细胞的来源,创造一个新的肺,或者作为一个支架的来源,这是我们需要的这个过程的另一部分。我们既需要细胞来源,也需要肺支架来源,我们已经开发出了从肺中制造支架的方法,而肺本身不能用于移植。

Chris -这就是我们的抱负;这就是我们想要达到的目标。我们可以为病人培育一个定制的肺,或者至少是一个与他们兼容的肺我们可以克服目前情况下的一些缺点。为了实现这一目标,你需要做些什么?

琼:我会先做一个人体支架,取一个已经严重受损,没有活细胞的肺。用一种特殊的溶液处理它,去除所有的细胞,但留下蛋白质,这些蛋白质是结构支持蛋白质,赋予它肺部所需的力量和弹性。

第二步是再取一个肺。同样,不适合移植,但这次里面有活细胞,并从肺的所有部分取出细胞,使其成为肺。然后我们准备把它们组合在一起,形成一个新的肺。

Chris -所以总的来说,你得到了捐赠的肺;清除所有的细胞只留下这个蛋白质支架,这将显示哪些细胞将进入它们需要去的地方;把它放入这个含有营养液的生物反应器中,我想你那里有氧气供应来保持这些细胞存活并喂养它们,然后你只是慢慢地将细胞添加到这个支架上,以鼓励正确的细胞在正确的地方居住?

琼-我们就是这么做的。我们会定期添加细胞或因子来支持这一过程。就像制作蛋糕的食谱一样,每次我们做这个研究时,我们都用完全相同的方法来证明,使用这些程序,我们可以持续地培育出肺组织。

克里斯:要长出一个人所需大小的完整肺需要多长时间?

琼:这个时候大约需要30天的时间来产生一些还不成熟的东西,这些东西一旦被移植就会继续发育。

克里斯:你在什么动物身上做过这个实验,因为过去人们曾试图在小动物的培养皿中培养肺?

琼:那些用小动物做的研究对我们现在所做的研究至关重要。我们在一个大型动物模型上做过;我们在猪身上做过实验。顺便说一下,我们给动物一个生物工程肺;他们仍然有一个肺,他们可以生存,那就是他们自己的自然或天生的肺。

克里斯:你看了多少头猪,它们发生了什么?

琼:在研究中接受生物工程肺移植的四只猪中,它们都存活了我们希望它们存活的时间,也就是10小时,2周,1个月,或2个月。

克里斯:管用吗?肺是否真的像它应该做的那样交换氧气和二氧化碳?

琼:这是很大的一步,所以让我们从一小步开始。组织存活了下来。这些动物没有表现出任何呼吸窘迫或肺部积液或任何与之相关的问题。关于氧化作用的部分有点难因为我们做这个过程的方式我们无法看到气体交换。

但在我们的下一个试点研究中,我们会让动物长期存活下来,我们会在它们回到农场一年后把它们带回来。我们阻断了它们从原生肺呼吸的能力让它们只用生物工程肺呼吸。

克里斯:如果肺部在进入受体后还在继续生长,这是否意味着你可以让一个患有囊性纤维化的孩子——一种由遗传问题引起的慢性肺部疾病——在你给他们的新肺中修复这种疾病,然后这个肺就会和他们一起生长?

琼:这就是我们的希望。甚至在处理像囊性纤维化这样的疾病之前,寻找一个富有同情心的用途,这意味着除非我们为他们提供这种治疗,否则他们无法生存。也许一个孩子得了横膈膜疝,横膈膜没有发育阻碍了肺的发育。如果没有干预,这些婴儿无法存活,这就是我们在第一次使用这种手术时所关注的。

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