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突破性醫療技術:通過「一次接觸」修復人體組織!

導讀

最近,美國俄亥俄州立大學的科研人員開發出一項新技術:組織納米轉染(TNT)。它能夠根據醫療需要,在病患體內生成任何類型的細胞。這項技術有望用於修復受損組織,或者恢復老化組織的功能,這些組織包括器官、血管和神經細胞。

關鍵字

細胞、晶元、醫療

背景

今天,我們首先要介紹一個非常重要的前沿領域和新興學科:再生醫學

對此,前幾天筆者在《修復器官和控制藥物釋放,新型智能水凝膠前景廣闊!》一文中有所提及:香港科技大學的研究團隊研發出全新的全蛋白質感光智能水凝膠,它可以盛載生物細胞及組織,例如幹細胞等再生醫學的重要組件。

我們將「再生醫學」拆解為兩個詞「再生」和「醫學」,「醫學」這個一詞相信大家都不陌生,那麼「再生」一詞代表什麼呢?它是指促進創傷與組織器官缺損生理性修復,進行組織器官再生與功能重建。

與筆者之前介紹的眾多創新科技和新興學科相似,再生醫學也是一門跨學科的前沿領域,涉及生命科學、材料科學、臨床醫學、計算機科學和工程學等學科。它利用這些學科的理論和方法,研究機體的正常組織特徵與功能、創傷修復與再生機制及幹細胞分化機理,尋找有效的生物治療方法,促進機體自我修復與再生,或構建新的組織與器官以維持、修復、再生或改善損傷組織和器官功能。

創新

(圖片來源於:俄亥俄州立大學Wexner醫療中心)

當然,我們今天介紹的創新科技成果也是與再生醫學相關。最近,美國俄亥俄州立大學 Wexner 醫療中心和俄亥俄州立大學工程學院聯合開發出一項新技術:組織納米轉染(TNT)。它能夠根據醫療需要,在病患體內生成任何類型的細胞。這項技術有望用於修復受損組織,或者恢復老化組織的功能,這些組織包括器官、血管和神經細胞。

俄亥俄州立大學再生醫學和細胞療法中心的主任 Chandan Sen 博士和俄亥俄州立大學工程學院的化學和生物分子工程教授 L. James Lee 共同領導了這項研究。

這項有關再生醫學的研究成果發表於《Nature Nanotechnology》期刊。

技術

首先,我們一起看看TNT技術的組成。它主要有兩個關鍵部分:第一是基於納米技術的晶元,它可以為活體內的成體細胞輸送物質;第二則是設計出用於細胞轉化的特殊生物物質。Sen和Lee的實驗室的博士後研究員、生物工程和普通外科助理教授、論文第一作者 Daniel Gallego-Perez 稱, 這種物質通過晶元輸送,可以將成體幹細胞從一種類型轉化為另外一種類型。

(圖片來源於:俄亥俄州立大學Wexner醫療中心)

這項技術的工作流程大致如下:醫療人員首先會將這種載有特殊基因編碼或者特定蛋白質的晶元,放置到皮膚上,然後會通過一個小電流在組織中創建通道。DNA或RNA被注入這些通道,並在那裡生根且開始重新編程細胞。

最後,我們再看看實驗研究的過程。研究人員將老鼠和豬作為研究對象,將皮膚細胞重新編程,變為嚴重受傷、缺少血液流動的腿部的血管細胞。第一周,活躍的血管細胞出現在受傷的腿中;第二周,受傷的腿獲救了。在實驗室測試中,這項技術還能夠將活體中的皮膚細胞重新編程為神經細胞,然後注入腦部受傷的老鼠中,幫助它們從中風中恢復。

價值

這項創新技術有助於心血管疾病、自身免疫性疾病、糖尿病、惡性腫瘤、阿爾茲海默病、帕金森病、先天性遺傳缺陷等醫學難題的攻克,另外它僅依賴於病患自己的細胞,而不是依賴於外來的藥物成分進行治療。

接下來,讓我們看看專家們都是如何評論的吧。Chandan Sen 博士表示:

「通過使用我們研發的新型納米晶元技術,受傷和損壞的細胞能夠被替換。我們展示了皮膚是一片沃土,我們可以在那裡生長出任何正在衰退的器官中的成分。」

俄亥俄州立大學綜合創傷中心的執行董事 Sen 表示:

「這令人難以想像,但是它已經得到實現,在98%的時間中成功工作。通過這項技術,我們只需要一次接觸,就能將皮膚細胞轉化為任何器官的成分。這個過程只需不到一秒鐘的時間,而且是無創的,然後你就可以離開了。晶元並不會和你待在一起,而細胞則開始重新編程。我們的技術能夠讓細胞在免疫監視下,保持在體內存在,因此無需進行免疫抑制。」

(圖片來源於:俄亥俄州立大學Wexner醫療中心)

未來

Lee 表示:

「這個想法很簡單。實際上,我們甚至為它工作得這麼好感到驚訝。在我的實驗室中,我們還在繼續研究,嘗試理解這個機制並做得更好。所以,這只是開始,未來還會有更多。」

Sen 表示,研究人員計劃明年開始將這項技術用於人類的臨床測試。

參考資料

【1】http://osuwmc.multimedia-newsroom.com/index.php/2017/08/07/breakthrough-device-heals-wounds-in-lab-tests-with-a-single-touch/


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