器官訂製：他們在實驗室里培養出了一個能用的肺

他們是最早用生物工程的方法培養出人類肺器官的團隊，現在，他們用受體動物細胞培養的肺在小豬體內成功地做了移植，讓自體移植技術離現實更近了一步。

研究者稱，他們需要更好的實驗環境和設備，更多的實驗動物，他們很有興趣看看這項技術會在哪裡碰壁......

撰文 Robbie Gonzalez

翻譯 李楊

審校 阿金

編輯 耿佳琳 魏瀟

瓊·尼科爾斯（Joan Nichols）有個讓她夜不能寐的牽掛——「生長」在實驗室里的肺。它們就像孩子一樣嬌弱，在慢慢成長，需要持續的呵護。

在蓋維斯頓（ Galveston）的得克薩斯大學醫學部（ University of Texas Medical Branch）肺研究實驗室，瓊和她的團隊過去幾年中輪流在半夜去實驗室，確保裝著實驗器官的生物反應器沒有泄漏裡面營養豐富的液體，為器官生長提供支持。他們還要確保組織和靜脈的出芽囊沒有被污染——這是最後一項檢查任務，也是最讓人揪心的。要知道，人工培養肺器官需要在溫暖、潮濕的條件下懸置數周，加上蓋維斯頓的亞熱帶氣候——這些條件實在太適合真菌生長了。瓊說：「在這座城市，只要人們久坐不動，他們身上就會有黴菌滋生。」

他們的細緻工作得到了回報。2014 年，尼科爾斯的團隊成為世界上第一個通過生物工程培養出人類肺器官的團隊。一年後，他們將一隻實驗室製造的肺植入豬的體內——這次他們又是第一。之後，他們又用受體豬的細胞，培養了三個豬肺，並最終在沒有使用免疫抑製藥物的情況下，成功完成了每一次移植。

用生物工程方法在反應器中培養了30天的豬肺（供圖：瓊·尼科爾斯）

如何「製造」一個肺

培養肺有點像用粘土做模型：雕刻家用鋼絲做骨架來塑造形狀，瓊的團隊在堅韌又靈活的蛋白質框架上讓肺組織和血管生長。研究人員從死亡的實驗動物身上摘下整個器官，用糖和清潔劑的混合物洗乾淨，將細胞和血液都「洗掉」，從而得到了建造肺器官的「二手腳手架」。

尼科爾斯提到，那塊乳白色團塊一直是器官的「骨架」：它主要由膠原蛋白和彈性蛋白組成，膠原蛋白提供了機械強度，彈性蛋白使其具有韌性。每一個生物反應器里都有一個蛋白支架，反應器是尼科爾斯和她的團隊從零開始建造的。最早的模型不過是改裝過的魚缸，後來他們配備了從家得寶（Home Depot）買來的零件。

生物工程豬肺懸浮在生物反應器中。肺被固定好位置，因此尼科爾斯和她的團隊可以監測導管在肺部氣管、動脈和靜脈中的位置（圖片提供：瓊·尼科爾斯）

儘管看起來不怎麼高級，但每個生物反應器都扮演著重要的角色。兒科麻醉學家華金·科提拉（Joaquin Cortiella）說：「它向器官提供生長因子、介質和機械刺激。」它的功能類似於胎盤，讓肺部在溫暖、舒適、營養豐富的環境中發育 30 天。接下來這些肺會被轉移到活體胸腔內，安置在動物的原生肺旁邊。

生物反應器的示意圖：顯示了它如何連接到微流體、泵和廢物處理系統

未來的希望

哥倫比亞大學（Columbia University）幹細胞與組織工程實驗室（Laboratory for Stem Cells and Tissue Engineering）主任、與此項研究無利益關聯的生物工程師戈爾達娜 （Gordana vunjaki - novakovic）說，培養的肺器官能夠在生物反應器中生長整整一個月，這是一項重大成就。在給《連線》（WIRED）雜誌的一封電子郵件中，她說，以前實驗室培養的肺在移植前培養的時間要少得多。這些額外的生長時間使得尼科爾斯和科提拉的生物工程肺可以生長出更多的血管，因為血管發育不全「仍是目前限制肺存活的主要原因」。在過去涉及小動物的研究中，受體動物往往在術後數小時內死於肺部積液。相比之下，尼科爾斯和科提拉的血管系統使接受移植的豬在移植後能夠存活長達兩個月，且沒有任何明顯的併發症。

兩個月後這些小豬的情況將會如何，目前還不清楚。這項研究中，4 只動物分別在術後 10 小時、2 周、1 個月和 2 個月被實施安樂死，從而讓研究人員檢查移植後每個生物工程肺是如何在受體體內發育的。所有跡象都顯示，移植肺無縫融合進了原生組織，它們能繼續長出血管和新組織，並被每隻動物原生肺特有的微生物群落定植，所有動物都沒有發生呼吸道感染癥狀，沒有出現受體免疫系統的排斥反應。

一個不容忽視的大問題是：生物工程肺輸送氧氣的效果如何。雖然每隻豬體內都有正常量的氧氣供應全身，但這可能是動物使用原生肺呼吸產生的。研究人員擔心植入的器官太不發達，所以不能冒險阻止每隻研究動物用其原生肺來呼吸，不能單獨測試實驗室肺部的功能。這還需要等待未來的實驗，科提拉和尼科爾斯說，這項實驗需要豬依靠移植器官生活一年甚至更長時間。

這項研究還需要更多樣本。烏尼亞克-諾瓦科維奇說：「我們很有興趣看看這項技術到底能走多遠，因為實驗動物的數量還是非常少。」儘管如此，結果還是帶來了很大的希望。有了足夠的資金，尼科爾斯和科提拉認為他們可以在十年內做到為人類移植生物工程肺。

但是首先需要更好、更可靠的研究設備，做更多的實驗。瓊最希望的是為生物反應器提供一個乾淨的房間——只有穿著防菌服的研究人員才能進入。她也想要更多的自動化設備，這將意味著減少體力勞動，出錯機會也會減少。當然，她期待著有一天她和她的同事們可以通過視頻遠程監控他們培養的肺部。照看生物工程肺可能總是一項全天候工作，但擁有一個視頻監視器之後，實驗室的成員們至少可以遠程工作。

https://www.wired.com/story/four-successful-bel-transplants/?mbid=BottomRelatedStories_Sections_5

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！