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美国科学家培育出了可用于移植的动物前肢(组图)

日期:2015-06-05 21:42:42　阅读: 　来源:新浪科技
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　　　　科学家将肌肉前体细胞的悬液注射入大鼠去细胞处理前肢的无细胞基质中，这种无细胞基质为组织的再生提供了形态和结构上的支持。



　　　在将血管和肌肉的前体细胞注射入经过去细胞处理的大鼠前肢后



　　　　科学家将肌肉前体细胞的悬液注射入大鼠去细胞处理前肢的无细胞基质中，这种无细胞基质为组织的再生提供了形态和结构上的支持。



　　　在将血管和肌肉的前体细胞注射入经过去细胞处理的大鼠前肢后，科学家把这些前肢悬浮在一个生物反应器里，为新组织的生长提供营养液和电刺激。



　　北京时间6月5日消息，据国外媒体报道，美国麻省总医院的科学家在制造可用于移植的生物人工肢体方面跨出了第一步。这些科学家的一项研究成果日前发表在了《生物材料》(Biomaterials)杂志上。在这项研究中，科学家使用此前用于制造生物人工器官的实验方法培育出了大鼠的前肢，这些前肢拥有能发挥正常功能的血管和肌肉组织。这些科学家还证明这种方法同样也适用于培育灵长类动物的肢体。

　　“我们肢体的一大特点是其复杂性，这使要制造出有功能的生物替代肢体非常具有挑战性”，医学博士Harald Ott介绍说，他是麻省总医院外科学系和再生医学中心 的科学家，也是这篇研究论文的通讯作者，“肢体中包含了肌肉、骨、软骨、血管、肌腱、韧带和神经——在制造生物替代肢体的时候，需要重新构建所有这些组成 部分，并且还需要一种叫做基质的特别结构来起支撑的作用。我们的这项研究证明我们能够使这些组织的基质维持正常，对整个结构进行长时间的培养，并把血管和 肌肉组织‘种’到这个结构上来。”

　　这些科学家们指出，美国有超过一百五十万人有肢 体残疾，虽然假肢的技术有了非常大的进步，但在功能和外观上，假肢仍然有很多缺陷。在过去二十年间，有很多病人接受了捐赠进行了上肢的移植，虽然移植后能 够极大的提高生活质量，但这些病人同时也有可能需要终身进行免疫抑制治疗。尽管病人自己能够提供用于再生这些肢体组织的前体细胞，真正缺少的是基质，也就 是这些细胞再生出这些组织时所必须的骨架。

　　这项研究使用的是Ott在明尼苏达大学做研究的时候发明的技术。使用一种去垢剂溶液，这种技术能够把活细胞从捐赠的器官上去除掉，然后把对应于这种器官的前体细胞“种”到剩下的基质上。Ott的团队和麻省总医院以及其它科研机构的科学家此前曾使用这种去细胞技术再生出了动物的肾脏、肝脏、心脏和肺脏，但这项新的研究是这一技术第一次被用于培育生物人工肢体这样的复杂组织结构上。

　　使用这种能够去掉整个器官细胞的技术(用上述的 去垢剂溶液侵润整个血管系统)，科学家去除掉了取自死亡了的大鼠前肢上所有的细胞物质，但同时又保留下了脉管系统和神经纤维的基质。在把细胞的碎片彻底去 除掉之后(这个过程需要花一周的时间)，剩下的便是不含细胞的基质，可以用作肢体复杂的组织的支撑物。科学家同时还在细胞培养液中培养肌肉和血管的细胞。

　　随后科学家把前肢的基质在一个生物反应器里进行培养，并把血管细胞注射到前肢主要的动脉中，帮助静脉和动脉的再生。肌肉的前体细胞则直接被注射到各肌肉所在位置的基质髓鞘上。在经过5天的培养之后，科学家又对这些肢体移植物(limb graft)进行了电刺激，以帮助肌肉的形成，继续培养两周后，科学家把这些肢体移植物从生物反应器中取了出来，并进行了分析。结果发现这些生物人工肢体的血管壁上存在血管细胞，肌细胞也汇聚在一起形成了相应的肌纤维，这些肌纤维分布在整个肌肉基质里。

　　通过对这些肢体进行功能性测试，科学家发现对肌纤维进行电刺激能够使肌纤维收缩，收缩的程度是新生大鼠肌纤维收缩强度的80%。当把生物人工前肢移植到大鼠上时，血液则能够 迅速充盈到人工前肢的血管系统中并参与血液循环。如果对移植到大鼠上的肢体的肌肉进行电刺激，就能使大鼠前爪的腕部和指关节发生弯曲。使用这种方法，科学 家还成功的将狒狒的前臂进行了去细胞的处理，证明这种方法在人上使用也具有可行性。

　　Ott指出，科学家接下来面临的挑战是在肢体移植物中 让神经纤维再生并使这些神经纤维整合到病人的神经系统里。尽管如此，对病人接受这种肢体移植后的生活体验他仍表示看好。“在临床的肢体移植后，神经纤维确 实会长入移植物中，使病人能够进行肢体的活动并恢复感觉，我们知道这一生长过程很大程度上是在移植物中神经基质的引导下完成的。我们希望未来的研究能够证 明在移植后的生物人工肢体中也会发生这一生长过程。我们接下来的工作还包括使用人的细胞成功的重复出肌肉再生的结果，并把这种技术在其它组织上使用，比如 骨、软骨和结缔组织。”

　　Ott是哈佛医学院的外科学助理教授。麻省总医院再生医学中心的医学博士Bernhard Jank是这篇《生物材料》杂志论文的第一作者。论文的其它作者还包括医学博士Linjie Xiong、医学博士Philipp Moser、Jacques Guyette博士、Xi Ren博士、医学博士Leopoldo Fernandez(均来自麻省总医院再生医学中心)；医学博士Curtis Cetrulo、医学和外科学学士David Leonard和医学博士Shawn Fagan(均来自麻省总医院外科学系)。这项研究由美国国立卫生研究院的新创新者奖(New Innovator Award)提供经费支持。

　　麻省总医院创立与1811年，是哈佛医学院最早和最大的教学医院。麻省总医院从事着全美国最大的以医院为基地的研究项目，每年的研究经费超过7亿6千万美元，医院设有艾滋病、心血管疾病、癌症、计算与整合生物学、皮肤生物学、人类遗传学、医学影像、神经退行性疾病、再生医学、生殖生物学、系统生物学、移植生物学以及光医学等研究中心。


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