第531章 组织工程学，论人造膀胱的可行性
昆市，三清总部。
薛珅趴在电脑前，十指翻飞，噼里啪啦的键盘声响彻整个办公室。
良久，他才停了下来，满意地点击鼠标，将一封长长的邮件发送出去。
“三个多月啊，人工血管在猪身上的动物实验总算完成了，实验报告已经上传，接下来就等着在人体临床上应用了。”
“时间过得真快，一年时间眨眼就过去了。”
他看了看日历，正好落在这一年的最后一个工作日，不禁发出长长的感叹。
“幸好今年两个大项目都非常顺利，卫总应该会很满意吧，这升职加薪的事，估计就要提上日程啰。”
薛珅美滋滋地想着，情不自禁地咧着嘴笑了起来。
笃笃笃！
突然有人敲门。
薛珅赶紧收敛笑容，正襟危坐，喊了一声：“请进。”
一个面容清秀的年轻人走了进来，透过厚厚的眼镜片，两人的目光交汇在一起。
薛珅眼中惊讶之色一闪而过，脸上迅速堆起笑容：“丁博，是你呀，真是稀客，请坐。”
丁冕在对面坐下，很客气地问好：“薛博，你好，久仰大名，幸会幸会。”
他没有浪费时间，直接开门见山道：“大家都是搞科研的，我也就不说那些虚头巴脑的东西了，听说你手上的人工血管项目进展不错？已经做完动物实验了？”
薛珅心念电转，他倒是不介意对方说话直接，而是人工血管的项目进展，按道理来说属于内部机密，如果不是内部人员大嘴巴到处说，那只能是来自卫总了。
于是微微一笑，说道：“没错，是卫总告诉伱的吗？我下一步准备申请临床试验了。”
丁冕一拍大腿，高兴坏了：“太好了，那说明这个项目很成功啊，看来我这趟是来对了。”
薛珅呵呵一笑道：“你好像还没说明你的来意。”
丁冕凑了过来，一脸兴奋道：“你应该知道我的干细胞实验室吧，之前我手上有个人造血液项目，年底已经上市，算是完成得差不多了。”
“然后我就在想下一个项目该干嘛，卫总给我提点了几句，顿时拨云见日，让我茅塞顿开。”
“他说人造器官移植，离不开纳米技术，正好你手上的人工血管项目，也属于人造器官，让我有什么想法的话，可以过来跟你探讨一二，或许会有新的收获。”
“我一听到人造血管，脑子里瞬间灵光一闪，下个项目立马就有了。”
薛珅知道对方是研究干细胞方面的专家，手上也有成功的项目，不是碌碌无为之辈，当下问道：“什么新项目？跟人造血管有关？”
丁冕没有马上回答，而是反问道：“你对组织工程学有多少了解？”
薛珅缓缓摇头：“听说过，但没有主修过这方面的课程，因为我是物理学出身，跟你们生物科班出身的不能比。”
“那你知道人造器官的不同发展阶段吗？”丁冕继续问道。
薛珅摊了摊手，笑而不语地看着他。
见此，丁冕也不再发问，而是滔滔不绝地继续说了下去。
“你知道的，目前在科学界，全功能地制造出最复杂的人体器官，仍然是一个遥不可及的目标，但是很多特殊组织的构造已经取得了很大的进展。”
“人造器官领域的圣杯是制造出心脏，肾脏，肺和肝脏这样的实体器官。”
“然后就是像膀胱这样的中空非管状结构，属于次一级的难度层级。”
“再往下难度递减的话，就是制造出管状结构，比如血管和气管。”
“至于人类能够制造出的最简单器官，都是扁平而且相对坚硬的，比如皮肤，角膜之类。”
薛珅点点头：“所以你想说的是？我们制造出了人造血管，属于第三级别的难度。”
丁冕挥了挥手，说道：“其实难度并不是这样分的，实体器官与管状结构看起来很接近，中间只隔着一级，但两者之间的难度，远比人们想象的要大，可能是从0到1的差距。”
薛珅饶有兴趣地问道：“那它们之间的关键性难点到底在哪里呢？”
丁冕脸色变得严肃起来，沉吟着说道：“这就牵扯到组织工程学的知识了。”
“可能大部分人听到这个名字，会以为是一个管理学或者工程学上的名词，但它确确实实是一个生物学名词。”
“这里的组织指的是多层次人体组织，比如纳米尺度的蛋白质，微米尺度的细胞，毫米尺度的血管，厘米尺度的内脏，它们最终生长成整个身体。”
“组织工程学，就是指通过物理和化学的方式，解析组织结构，重新构建人体组织。”
“在人体组织中，细胞以非常复杂的方式排列，或多或少地形成对称的三维结构。”
“在大多数情况下，它们会被嵌入一个由活性纳米结构‘电缆’组成的复杂网络中，这种网络是由蛋白质构成的支架，我们称之为细胞外基质。”
“细胞外基质提供了一个具有结构，物理，机械，以及生化特性的环境，支持细胞的生长以及组织内的相互作用。”
“这些细胞外基质属于一种活性的凝胶，由细胞分泌而来，其中含有大量的纤维状蛋白质和糖类，包括胶原蛋白，弹性蛋白，透明质酸以及蛋白聚糖。”
“当我们遭遇伤害时，细胞外基质便被破坏了，当细胞移动到创伤位置时，细胞外基质的信息就已经消失了，所以细胞会产生疤痕组织填充空白，这些疤痕组织会更硬一些，而且和其他结构不一致。”
“很早以前，人们就意识到，要想生长出人体组织，就得通过生成人工支架来种植细胞，从而重新创造出原本由细胞外基质提供的环境。”
“这个人工支架必须具有合适的结构，才能让细胞附着其上，生存，演化和分裂。”
“同时还必须具备生物相容性，能够传输物理和化学信号，以引导细胞分化。”
“举个例子，人体的骨架就是由胶原蛋白和其他纤维蛋白编织而成的特殊支架，矿物性的磷酸钙盐可以在此沉淀，形成坚硬的骨骼。”
“骨骼在纳米尺度下，将蛋白质与矿物质融合在一起，实现了它的特殊机械性能，同时兼具坚固与弹性，能够对抗因敌人或意外引起的损伤和裂痕，并且为生长与重生做好准备。”
“这就是骨折之后能够重新修复并愈合的奥秘所在。”
“由此发展出了人工骨骼移植材料，以及人工皮肤等等。”
“这些案例代表了一个新型学科的兴起，这就是组织工程学。”
“操控多能干细胞使其分化成任意所需组织的能力，就是这一领域追求的终极目标。”
“但是目前人类还无法做到这一点，只能退而求其次，但利用人造支架构造出全功能的组织，就这一点，也非常困难。”
“主要难点有两个。”
丁冕说到这里，轻咳两声，端起秘书送进来的茶水，猛灌了一大口。
薛珅听得入神，连声催促道：“下面呢？接着说。”
“主要问题之一，就是人造结构中营养成分和氧气的扩散非常难以实现。”
“这意味着，构建出几微米的功能化小型细胞结构是可行的，事实上我们也已经研发出这样的微型人体组织结构，叫做类器官。”
“但是想让它们变得更大，同时保持活性，就很难，因为氧气和必须的营养物质无法抵达细胞层级。”
“真实组织中的输送是由非常复杂的生物机制与物理机制相互配合才得以实现，其中包括了血管的生成，可以在非常密集的环境中向细胞持续输送氧气和营养物质。”
“只有当细胞和毛细血管之间的距离不足200微米时，向细胞输送营养成分，并移除废物才可能实现。”
“所以呢，人造器官中，血管的生成一直是一个棘手的生物学与工程学问题。”
“另一个难点则在于寻找合适的细胞来源，从而提供足够多数量的细胞，最终生成具有医学意义的大型组织。”
“目前来说，大部分的人造器官移植，都有一个捐赠者，一般都是死人居多，因为这种不需要严格的配型。”
“科学家把捐赠者的器官，去除上面的供体细胞，留下一个组织支架，然后再植入受体的细胞，这样才能完成一次移植。”
“时间长了以后，供体的支架会降解在体内，新的细胞和血管会长出来，彻底形成一个新的器官。”
薛珅忍不住插嘴道：“就像人造血管一样。”
丁冕点点头，总结道：“是的，所以现在人造器官的难点就很明确了。”
“首先，我们无法从头开始用干细胞发育出一个完整的实体器官，不管是心脏也好，还是肾脏，肝脏。”
“所以，我们只能制造一个人工支架，可以是生物材料，也可以是聚合物材料，金属材料，甚至可以从死人或者动物的器官中取得。”
“接下来，我们把需要的细胞种植上去，可以是神经细胞，心肌细胞，视网膜细胞，等任何细胞。”
“然后，我们就卡在这里了，因为没有大量的细胞，无法把这个器官做得跟真实的器官一样大。”
“这一点，也许以后可以用多能干细胞分化技术来解决吧，总之我还是有信心的。”
“那如果这一困难解决掉，我们培养出了大量的细胞，都来自于同一个受体，因此也没有免疫反应，条件非常完美。”
“接下来，我们又遇到了致命性的困难，那就是人造器官没有血供，所有的细胞簇拥在一起，舒服地生长在细胞外基质组成的网络里，但是没有营养和氧气抵达，它们很快就会死去。”
“这个暂时还没有解决办法，一些比较简单的小型器官可以通过接到人的胳膊或者大腿上，利用人体自身的生长能力，长出血管和神经，从而解决这个问题。”
“但是对于大型器官来说，依然是无解。”
薛珅若有所思地说道：“你这么一说，我就明白了，确实难度很大。”
他随即笑了起来：“既然知道难点在哪里就好了，起码我们有了努力的目标，不是吗？只要不断朝着方向努力前进，迟早会解决掉这些困难。”
“啪啪啪！”丁冕鼓起掌来，大声赞道：“没错，你这样的态度，正是我辈科研人的精神，我一看就知道，这次没找错人。”
他摸了摸脑门，有些不好意思地说道：“对了，我好像还没来得及说，我的新项目，正是人造膀胱项目。”
“人造膀胱？”薛珅吃了一惊，随即兴奋起来：“原来你一开始说的就是这个啊，这属于中空非管状结构，难度也很大吧，你有把握吗？”
丁冕点点头，又摇摇头，说道：“不好说，我只有一个大概的设想。”
“说来听听？”薛珅再次伸了伸手。
丁冕扶了扶眼镜，侃侃而谈道。
“人造膀胱培育及移植手术在国外已经有了临床上的案例，但尚未普及，国内尚未有过先例，对需要切除膀胱的患者来说，普遍的手术方案是截取一段大肠，然后改造成膀胱，再把输尿管缝合上去。”
“这在临床上有很多限制，有些病人的肠道并不健康，无法截取肠道，另一个长期使用下来，也会导致一些问题。”
“人造膀胱移植技术就能完美地解决患者的困扰，不需要自体取材，对病人的身体条件也没有限制。”
“这种新膀胱仿造自真实的膀胱，由3层物质构成，外层为肌肉，内层为膀胱上皮，中间则是起着连接作用的组织蛋白胶原质，需要有一定的弹性，整个结构看起来非常像一个烘焙夹心蛋糕。”
“我刚才跟你说过，细胞的获取和培养并不难，只要从患者的膀胱上取下一些活细胞样本，将肌肉细胞和膀胱上皮细胞分别进行培养就行。”
“细胞培养好后，会放在一个膀胱形状的可降解生物支架上，等整个新膀胱培育好，就会移植到患者体内。”
“由于膀胱收缩起来的时候，是非常小的一团，又是空心的，所需要的细胞并不多，所以是相对容易的选择。”
“如果一切顺利，最多一个月，人造膀胱在病人体内就能像正常膀胱一样工作，再过几个月，可降解支架会被分解，人造膀胱上会长出血管和神经，跟周围的组织连接起来。”
“整个过程中，移植手术和培养细胞的技术都非常成熟了，我就能干。”
“唯一的难点在于生物支架，不过在人造血管研究成功后，也迎刃而解了。”
“我看过人造血管的性能参数，它所用到的弹性蛋白质非常适合人造膀胱，可以提供比正常膀胱高出几倍的弹性，因此能更好地控制排尿，显著改善患者的小便失禁症状。”
“这种生物材料只需要做一些改进，就完美适配人造膀胱这个项目。”
“你看怎么样？”丁冕兴致勃勃地伸出手，一脸期待地说道：“要不要一起干？”
薛珅顿时笑容满面，紧紧握住对方的手，坚定无比道。
“没问题，丁博，这次靠你带飞了。”
(本章完)