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从干细胞到神奇的人造器官

发稿人: admin 来源于: 未知 发表于: 2019-03-15 被阅读: 在线投稿

  未来的人体器官将像汽车零配件一样,磨损了就送去修理,损坏了则到“修理厂”去更换新件。人体中的绝大部分“零件”都有备件,可供随时更换。人体内的干细胞,就是一个随身携带的“百宝箱”。

  2019年1月的最后一天,风和日丽。妈妈陪我来到位于北京西城区北辰路的北京科学中心。我们专程来参观久负盛名的“生命、生活、生存”主题展馆。很早以前,我就已经听其他人介绍过这个主题展馆了。整个中心由五层组成,第一层是临时展厅,第二层是生命展厅,第三层是生活展厅,第四和第五层是生存展厅。因为我一直对生物技术充满了好奇,所以我们一到中心,我就迫不及待地直接冲进这个主题展馆,去寻找我想知道的科学知识。
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  神奇的人造器官

  展览的内容丰富多彩,涉及到很多生物医学知识,例如人脑的一生、人体内的微生物、癌细胞出现之谜、人类十大死亡原因和神奇的人造器官等等有趣的内容。当我来到神奇的人造器官这个主题展品前的时候,深深的被它吸引住了。首先引入我眼帘的实物展品是一个人造的心脏。这是一个镶嵌在透明人体模板上极其精巧的模型。它的颜色是乳白色的,大小如两手握拳并在一起,表面包括了主动脉、左肺动脉、有肺动脉和左肺静脉等四个大血管入口。原来这是一个人造器官。

  所谓人造器官,是指能植入人体或能与生物组织或生物流体相接触的材料;或者说是具有天然器官组织的功能或天然器官部件功能的材料。早在30多年前,英国医学家威尔逊就预言:人类将在自己身上安装各种人造器官。进人80年代,由于新材料、化学工程、电子技术及自动控制技术的发展和进步,人造器官犹如雨后春笋。目前,除了脑和肠子之外,几乎所有的人体器官都可用人造器官来替代。威尔逊的预言将逐步成为现实,可以乐观地预言,未来的人体器官将像汽车零配件一样,磨损了就送去修理,损坏了则到“修理厂”去更换新件。人体中的绝大部分“零件”都有备件,可供随时更换。[1]

  利器:3D打印技术

  旁边悬挂的展板上,逐一介绍了制作这个人造器官所涉及到的生物技术。从左边起第一个展板是介绍3D打印技术。3D打印(3D print)即快速成型技术的一种,它是在计算机技术辅助下,利用数学模型将各种不同材料,通过逐层堆积的方式,打印出实物模型的快速成型技术。作为一种新兴的具有高科技含量的技术,凭借其打印速度快和打印产品保真性强等诸多优势,逐渐在越来越多领域得到重视并加以应用。[2]

  这块展板讲述了这个心脏模型是利用了3D打印技术制作出来的。但是,3D打印技术制作出来的结构是否具备人类心脏的功能的呢?在这块展板的下方有一段视频详细介绍了如何在3D结构的基础上实现真正人类心脏的功能。原来,3D打印所使用的原料里面含有实现心脏功能所需要的活细胞成分。这些活细胞成分是由干细胞诱导分化来的心肌细胞。
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  核心原材料:干细胞

  干细胞,是一类具有自我复制能力的多潜能细胞。在一定条件下,它可以分化成多种功能细胞。根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞和成体干细胞。根据干细胞的发育潜能分为三类:全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞(专能干细胞)。干细胞是一种未充分分化,尚不成熟的细胞,具有再生各种组织器官和人体的潜在功能,医学界称为“万用细胞”。

  2013年12月1日,美国哥伦比亚大学医学研究中心的科学家首次成功地将人体干细胞转化成了功能性的肺细胞和呼吸道细胞。目前,科学家已经可以成功地将干细胞诱导分化为具有搏动功能的心肌细胞。我通过查阅相关资料,了解到科学家是如何诱导干细胞成为心肌细胞的科学过程的。2001年,科学家首次在体外将人的胚胎干细胞成功诱导分化成心肌细胞,他们发现在胚胎干细胞形成的细胞团中,有8.1%可自发收缩,收缩时间最长可持续5周;这些细胞有肌纤维样超微结构,有肌球蛋白重链、肌动蛋白、支架蛋白、心肌肌钙蛋白I 及心房利钠肽等人类心肌特有的标志物存在且在微电流的刺激下,存在与人心肌细胞类似的电生理现象,如去极与复极等。[3]通过上述过程,科学家就可以利用干细胞作为3D打印的原材料成功制作出人造器官。

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