第五百二十七章 组织工程学，论人造膀胱的可行性（第2/3页）

“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。”