“科學怪人”如何用豬心制造一顆人類心臟？

1818年，瑪麗·雪萊創作了小說《弗蘭肯斯坦——現代普羅米修斯的故事》，講述了“科學怪人”弗蘭肯斯坦，用尸體的各個器官，拼接出一個活死人的故事。

這部小說被公認為最恐怖的科幻小說。盡管經過了200百年的時間，故事中許多情節依然令人匪夷所思，成為后世眾多恐怖片的靈感源泉。

而如今，一位金發美女經常被人們稱作“弗蘭肯斯坦博士”。但她本人并不把這當作一種侮辱，反而認為這是對她極具挑戰性工作的一種褒獎。

這位“弗蘭肯斯坦博士”，名叫桃瑞絲·泰勒，是美國休斯頓的德克薩斯心臟研究中心的一名科學家。她最擅長的事，就是培養人的器官，尤其是心臟...

一個美女為什么喜歡與瘆人的器官打交道呢？小漫忍不住要先為大家介紹一下她多災多難的家庭...

泰勒出生在美國舊金山，從小跟隨身為軍人的父親在德國長大。在她六歲的時候，父親不幸診斷出癌癥。為了使父親得到更好的治療，他們全家搬回到美國的德克薩斯州，以便于讓父親授受治療。

但由于當時的醫療技術對癌癥無能為力，父親很快就離開了她。父親的離世，讓她異常的痛苦，并開始思考如何治療癌癥。

一句諺語說過：“災難重來不是獨生子，它們會接踵而至。”沒多久，她的哥哥又患上了精神分裂癥，讓這個不幸的家庭再次陷入困境。

接二連三的打擊，讓泰勒感受到疾病帶給人類的痛苦與折磨。更讓她痛苦的，是自己面對家人患病時的無能為力。于是，她在青少年時期，就下定決心，要成為一句醫療領域的科學家，戰勝疾病，把幸福與安詳重新還給患者和他們的家人。于是，她的一生都在朝著這個方向努力...

現在，桃瑞絲·泰勒已經成為一名再生醫學和組織工程學方面的專家，她一直致力于利用干細胞來再生組織器官的研究，也就是“為病人制造一個真正的器官”。通過這種方式制造的器官，可以避免接收者的排異反應，大大減小器官移植本身存在的風險，同時也緩解了活體器官不足的問題。

而她，最具影響力的工作，是制造出了能夠跳動的心臟。

全球每年有近2千萬人死于心臟病。在美國，心臟已經成為了除腎臟和肝臟之外需求最多的器官。

然而由于人類文化中有對心臟的崇拜，心臟器官的捐獻來源并不多。更糟糕的是捐贈者的心臟往往會因病理原理或者復蘇過程中的刺激而損壞。所以，通過生物工程學的方法再生和修復心臟器官，是解決這一問題的重要手段。

人的心臟一天必須時刻不停地跳十幾萬次之多。如果停止跳動10秒，人會暈厥；30秒以上，則呼吸停止；超過5分鐘，可以造成死亡。心臟是人類最重要，也是最忙碌的器官。

雖然“再生組織器官”這一技術在多年以前就已經被發明出來，并已經培養出了人造肝、人造肺，但人工培養心臟，卻還一直是個空白。因為，心臟太鬧騰，培養心臟難度非常大。

心臟不是你想換，想換就能換...

雖然很難，但泰勒提出了一個簡單易行的策略，將這個看似不可能完成的任務，帶入了現實。

制造心臟的三個步驟：

1、首先把從死亡的人或動物體內的心臟取出，想辦法將其中除了蛋白骨架外所有其他細胞物質移除，形成一個蛋白質心臟支架。

2、從器官接收者體內提取出干細胞。

3、最后，往心臟支架與干細胞中，加入促進器官成熟的細胞生長因子，和其他營養物質一起培養，長出一個完整的人類心臟。并使用電擊等物理刺激手段使心臟復蘇。

就這樣，一個新鮮的心臟就做好了！

不過，策略歸策略，然而在實際操作過程中，這絕對是一項充滿挑戰的工作。要想培養一顆好心臟，必須完成好下面的工作：

1、洗出心臟支架

首先在制作心臟骨架的過程中，清洗劑將會除去心臟內的脂類（主要存在于細胞膜）、DNA、可溶性的蛋白和糖類等，只保留下接近白色的網狀膠質蛋白、粘層蛋白和其他結構蛋白。

而這過程的關鍵在于要把握好清洗的程度。若清洗不足，殘留的細胞會使器官接收者產生排異反應。如果清洗過度，則有可能損失關鍵的心臟結構組件，導致后續的再生過程難以完成。合適的清洗劑濃度和清洗時間，是經過成百上千次的實驗摸索出來的。

令人驚訝的是如果處理得當，我們甚至可以使用豬的心臟蛋白質支架，生長出人類的心臟。用豬心替代，從而可以批量化生產心臟支架，解決供應不足的困難。

2 、控制干細胞

這種策略十分依賴于干細胞技術。干細胞（stem cell）是一類具有自我復制能力和高度分化能力的細胞。在一定條件下，它可以分化成為多種不同功能的細胞。可以說哺乳類動物的各種組織器官都是由干細胞分化而來的。

如果心肌細胞具有像干細胞一樣的復制能力的話，受損的心臟將自我修復，然而成熟的細胞一般是不具有這種分化和復制能力的。必須摸索出激發干細胞分化為心肌的條件。

因此，再生心臟的過程中干細胞的類型、發育階段、使用數量，以及控制等，都需要大量的實驗探索。

為了實現心臟的培養，泰勒和她的同事們制作了一種生物反應容器。它能模擬動物胸腔內的環境，保持恒定的溫度，并為心臟提供氧氣、營養液、以及生長因子等物質。整個心臟的再生過程都是在這個透明的容器中完成的。

3、最后的挑戰

最后的挑戰往往是最難的：如何將一個新生的心臟放入體內，并保證它能長時間的正常運轉呢？

心臟就像水泵，雖然泵可以工作了，但輸送血液的管線呢？完整的血液系統是很難精確再生的，千萬條毛細血管如果與這臺泵不匹配，會導致凝血或者滲漏等問題，嚴重的會導致器官的壞死。

同時，人類心臟每天要運送7000升的血液！心臟內擁有多種不同功能的心肌細胞，如何使他們協同工作也是問題。由于這項技術的挑戰太大，很多醫療專家并不看好這項技術。

然而，立志要“戰勝疾病”的泰勒，并未輕言放棄，她和合作者已經報道完成了老鼠心臟的再生。她們還在繼續嘗試更大型哺乳動物乃至人類心臟的再生。

雖然再生心臟的泵血量還沒能達到正常心臟的標準，但泰勒和她的同事們相信他們正向著正確的方向前進。雖然現在還很難完成整個人類心臟的再生，但通過這項技術，修復一部分受損的心臟，卻是十分有可能實現的！

如今，泰勒仍樂于人們稱她為“弗蘭肯斯坦博士”，更樂于靜靜地觀察培養器中不斷長大的心臟。雖然懸浮在罐子中的心臟散發出一種《弗蘭肯斯坦》小說的恐怖氣息，泰勒卻認為自己的工作中滿滿的全是愛。

當一名少年懇請她幫助拯救患心臟病的母親時，她回想起了自己的父親與哥哥，她感到自己已經長大，不再是那個面對疾病束手無策的小女孩了。如今，她終于有能力為病人與家屬們做些事情，為他們守護幸福... 這時，她覺得為此付出的一切艱辛和努力都很值得！

最后，小漫回想起日本青春電影《屬于你的我的初戀》中的橋段：男主八歲時與自己的初戀相遇，同時也得知自己患有先天心臟病，心臟只能承受他的身體到二十歲左右，這使得他們的愛情美好而絕望...

希望通過科學家的不懈努力，能使這樣凄美的故事不在現實中重演。

文章來源：微信公眾號“漫科普”(ID：mankepu)

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發表于 2016-05-27 00:00
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