用自体干细胞体外培养一个器官,自身出现问题直接置换,可以吗?

引言:十几年前有个科幻电影叫《逃出克隆岛》,里面讲的就是富豪们为了防止自身器官随着年龄的增长而衰竭,在三四十岁的时候,用自己的机体干细胞克隆出另一个自己(除了年龄,与本人完全一样的克隆体),而这个克隆体被关在一个封闭的所谓的“社区”场所,等富豪们器官出现衰竭,比如出现心脏损伤或衰竭,就将“社区”里自己克隆体身上的心脏安装到富豪身上,避免异体排斥反应,得以续命。

用自体干细胞体外培养一个器官,自身出现问题直接置换,可以吗?
逃出克隆岛剧照

有人说:克隆一个完整的个体,最后又把他杀害,太不人道,如果用干细胞只培养一个器官,比如一个心脏,当干细胞提供者出现心脏受损或衰竭,就直接换上培养的心脏,是不是就可以呢?

培养一个功能完善的体外心脏,面临着很多挑战

2016年,麻省总医院再生医学中心(Center for Regenerative Medicine ,简称CRM)的研究者们曾经尝试培养体外心脏,并取得了阶段性的进展。他们将皮肤细胞重新编辑为干细胞,诱导培育出具有功能性的心脏组织,其成果文章发表在期刊《循环研究》上。

用自体干细胞体外培养一个器官,自身出现问题直接置换,可以吗?心脏

他们用75个捐赠的无法移植的心脏,使用一种“洗涤剂”剥离了这些心脏的残余活细胞,去除这些细胞后,就得到了完美的支架结构来“种植”新的心肌细胞。这个研究小组报告的重要之处,不仅是他们成功地从干细胞培养出心脏组织,而且因为他们是首个分析了去细胞后的心脏支架结构,对之后的研究具有阶段性的意义。

2018年,日本的一个研究小组发现一个名为“Tbx6”的基因能够从纤维芽细胞直接诱导培养出心脏中胚层细胞,而中胚层细胞可以分化为心肌细胞、心脏血管细胞等几乎所有的心脏构成细胞,其研究成果已发表在美国《细胞—干细胞》杂志上。

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但是要培养一个完整功能性的体外心脏,仍然面临着多项挑战:

需要提供一个结构支架来支持心脏功能;专职心肌细胞的供给和一个支持环境,让这些细胞能重新填充支架并形成成熟的组织从而来执行复杂心脏功能。所以,在现今阶段,培养一个功能完善的体外心脏还是很难实现,还需要很长的路要走,随之而来想到的应对方法是:制造功能性的心肌片来替代心脏病或者心力衰竭造成的心肌坏死部分能不能实现呢?

用心肌补片治疗心力衰竭和心肌坏死部分的尝试

如果患者出现了急性心肌梗死,通过溶栓药物与支架手术后尽管可以改善症状,但患者的部分心肌仍然会因为缺血缺氧而死亡,出现部分心肌坏死。如果出现大面积的心肌坏死,可采用器官移植方法治疗,但存在异体排斥和供体缺乏等问题,而新的解决方法就是由自体细胞培养心肌补片,通过手术的方式贴附在坏死心肌患处,以达到修复心肌和心血管功能的目的,这样既能解决异体排斥问题,自体细胞也能轻易获取。

用自体干细胞体外培养一个器官,自身出现问题直接置换,可以吗?心肌

首先介绍一下心肌补片是什么:心肌补片是通过组织工程手段制备的片状的工程化心脏组织,它具有细胞片层结构,能够提高植入后细胞的存留量和存活率。我们知道,心脏是由多种细胞类型组成,比如心肌细胞、结缔组织细胞和血管内皮细胞等。这些细胞共同发挥作用,为身体其他部位提供源源不断的含氧血液。

日本的再生医疗技术在全世界遥遥领先,目前已经实现了临床治疗的细胞膜片再生心脏功能技术。他们研究的心肌补片获得方法:首先从患者小腿后部取一小块肌肉,从肌肉中提取肌芽细胞,在体外进行细胞培养并制作成心肌细胞膜片,最后通过手术将细胞膜片贴附在患者的心脏患处,心肌细胞膜片会自动修复心肌和心血管功能,使其恢复功能。

用自体干细胞体外培养一个器官,自身出现问题直接置换,可以吗?心肌补片获取方法

心肌补片什么时候可以用于临床?

工程化心肌补片技术对于促进心肌组织再生,重塑病损心脏形状和改善心脏功能起着重要作用,但在心肌补片广泛应用到人体心脏前,为确保安全,仍需要大量实践和临床研究。相信在不久的将来,临床运用心肌补片来治疗心力衰竭或心肌坏死的成熟技术一定会出现!

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参考文章:代替心脏移植-日本心肌心血管再生治疗;生物补片的临床应用进展——现代生物医学进展;复合心肌补片对小鼠梗死心肌修复效果观察——山东医药2015年第55卷第14期;工程化心肌补片——距走入临床还有多远;自体来源脂肪干细胞构建工程化心肌补片修补大鼠左心室室壁瘤的研究——心肺血管杂志2020年9月第39卷第9期;

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