人造器官盤點(diǎn)：人造心臟可自動(dòng)調(diào)節(jié)心率
來(lái)源：中國(guó)科技網(wǎng)-科技日?qǐng)?bào)作者：陳萌2013年10月09日 01:08
[導(dǎo)讀] 生活中類似 “電子導(dǎo)盲儀”這樣的人造器官正在影響和改變著我們的生活：人造心臟可賜予患者第二次生命，人造耳蝸可使失聰者重獲聽力，人造肢體可使癱瘓者重新站起來(lái)……隨著人造器官技術(shù)的日益發(fā)展，越來(lái)越多的患者獲得了生的希望，開辟了嶄新的人生。
原標(biāo)題：有多少器官可以人造
人造皮膚
人造腎
■將新聞進(jìn)行到底
文·本報(bào)記者 陳萌 綜合報(bào)道
最近，被挖去眼球?qū)е码p目失明的山西6歲男童斌斌繼在眼科醫(yī)院成功接受了義眼球移植手術(shù)后，又即將植入義眼片，醫(yī)生希望在兩三個(gè)月之后斌斌可以使用“電子導(dǎo)盲儀”。這種儀器可以把影像化為脈沖訊號(hào)，通過(guò)舌頭將訊號(hào)傳到腦部，使斌斌能“看見”物體的輪廓。
生活中類似 “電子導(dǎo)盲儀”這樣的人造器官正在影響和改變著我們的生活：人造心臟可賜予患者第二次生命，人造耳蝸可使失聰者重獲聽力，人造肢體可使癱瘓者重新站起來(lái)……隨著人造器官技術(shù)的日益發(fā)展，越來(lái)越多的患者獲得了生的希望，開辟了嶄新的人生。
—— 人造皮膚 ——
外觀如餃子皮 使用像創(chuàng)可貼
皮膚是人體的第一道保護(hù)屏障，它好似一件天然的外衣，每天行使著“守門人”的職責(zé)，幫人類抵御外界侵襲。但是一旦這件“外衣”發(fā)生燒傷、燙傷、潰瘍要想恢復(fù)可不是像衣服那樣隨便拿針線縫好就行。
過(guò)去，對(duì)于燒傷與潰瘍患者，治療上多采用自體皮膚移植，即醫(yī)生從患者身體其他部位取下一塊完好的皮膚，重新植入燒傷部位。這種“拆東墻補(bǔ)西墻”的方法，不僅會(huì)造成新的創(chuàng)傷，同時(shí)在無(wú)“墻”可拆、無(wú)自體皮膚可用的情況下，還會(huì)引發(fā)更多嚴(yán)重的后果。而人造皮膚的成功研制則很好地解決了這一問(wèn)題。
20世紀(jì)80年代，有科學(xué)家先后研制出多種人工真皮，如來(lái)源于異體或異種（豬）皮的無(wú)細(xì)胞真皮基質(zhì)、以膠原為主要原料經(jīng)冷凍干燥后形成的海綿狀膠原膜，此外，還有透明質(zhì)酸膜、聚乳酸膜等，其基本特點(diǎn)是可誘導(dǎo)自體的組織細(xì)胞浸潤(rùn)生長(zhǎng)，形成新的、結(jié)構(gòu)規(guī)則的真皮樣組織，從而重建真皮層。 20世紀(jì)90年代以來(lái)，醫(yī)學(xué)界已成功將復(fù)合皮用于大面積深度燒傷創(chuàng)面的修復(fù)，節(jié)省了傷者自體皮源，提高了就治率。
我國(guó)對(duì)人工皮膚的研究雖然比西方發(fā)達(dá)國(guó)家起步晚，但是近年來(lái)已受到國(guó)家的高度重視，并取得了一定成果。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究和反復(fù)實(shí)驗(yàn)，由我國(guó)自行研制的人造皮膚已于近期率先在陜西省西安市臨床應(yīng)用。
據(jù)專家介紹，這種人造皮膚直徑約6厘米，厚度為2毫米，外形看起來(lái)就像張餃子皮。其來(lái)源于被割掉的、沒(méi)有受過(guò)污染、最為純凈的新生兒包皮。這種將包皮的細(xì)胞消化、分離、培養(yǎng)后提取真皮組織和表皮組織，而后再將表皮細(xì)胞、真皮纖維細(xì)胞復(fù)合于牛膠原蛋白支架上重新長(zhǎng)成的“人造皮膚”，不僅具有真皮層和表皮層，在色澤、質(zhì)感、生物相溶性上也都實(shí)現(xiàn)了以假亂真。
該人造皮膚可用于燒傷、燙傷、潰瘍?cè)趦?nèi)的皮膚創(chuàng)傷類以及皮膚缺損患者。其使用方法很簡(jiǎn)單，就像用創(chuàng)可貼一樣，在無(wú)菌條件下打開內(nèi)包裝，小心清洗皮片，去除殘余液體，然后分清正反面揭除尼龍膜，貼在創(chuàng)面，之后用紗布包住即可。專家說(shuō)，目前臨床使用過(guò)的患者，沒(méi)有出現(xiàn)排異反應(yīng)，一般在貼人造皮膚期間，患者也沒(méi)有任何感覺，不痛不癢，以后就和自體皮膚一樣。創(chuàng)傷較輕的患者一般一周時(shí)間就能恢復(fù)，創(chuàng)傷較重的恢復(fù)起來(lái)需要一個(gè)月左右。
—— 人造心臟 ——
降低血栓形成 自動(dòng)調(diào)節(jié)心率
心臟是人體的重要器官，一個(gè)人的心臟出現(xiàn)了問(wèn)題就好像汽車的引擎出現(xiàn)問(wèn)題一樣，其他各個(gè)部分的正常運(yùn)轉(zhuǎn)都會(huì)受到影響。以往人們心臟出現(xiàn)重大問(wèn)題只能等待心臟移植，但由于可供移植的心臟器官與等待移植手術(shù)的病患數(shù)量存在很大差距，使得很多人在等待心臟移植的過(guò)程中死去。因此用人造心臟來(lái)替代病變或損壞的心臟一直是醫(yī)學(xué)界的夢(mèng)想。如今，人造心臟的臨床應(yīng)用已成為可能。
其實(shí)人造心臟早已有之。1969年，丹頓·庫(kù)利伊博士首次對(duì)47歲患者哈斯克爾·卡爾普進(jìn)行人造心臟移植，但該心臟僅維持了3天跳動(dòng)；1982年，美國(guó)醫(yī)生巴爾尼·克拉克在猶他州鹽湖城接受了人造心臟移植手術(shù)，并存活了112天，但這112天的生命質(zhì)量并不高，他被固定在一張?zhí)刂频牟〈采喜荒軇?dòng)彈，身上插滿了各種各樣的管線，還得忍受與人造心臟協(xié)同工作的空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的巨大噪聲；2001年，一名生命垂危的心臟病患者在美國(guó)肯塔基州被植入了一顆與體外徹底隔絕、能夠自主運(yùn)行的人造心臟。該人造心臟由醫(yī)用塑料和金屬鈦制造，內(nèi)部裝有一個(gè)用微型電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的血泵，動(dòng)力由一個(gè)同時(shí)植入患者體內(nèi)的電池提供，電池可以保證人造心臟正常工作數(shù)年，一旦電池電力即將耗盡，只需進(jìn)行手術(shù)，對(duì)電池進(jìn)行充電即可繼續(xù)使用。
近期，號(hào)稱世界上最接近人類心臟的人工心臟——由法國(guó)嘉瑪醫(yī)療設(shè)備制造公司制造的人工心臟，已獲得比利時(shí)、波蘭、沙特阿拉伯與斯洛維尼亞4個(gè)國(guó)家的批準(zhǔn)，即將首次植入于人體進(jìn)行試驗(yàn)。
這種人造心臟經(jīng)歷15年的研發(fā)，其與人類心臟大小相當(dāng)，重約1公斤，表面由人造制品和動(dòng)物組織制成，由兩個(gè)小型電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。在植入病人胸腔后，通過(guò)感應(yīng)器上收集到的信息來(lái)模仿真實(shí)器官的各種反應(yīng)，并通過(guò)皮膚上或插在病人耳朵后面的電磁感應(yīng)器，驅(qū)動(dòng)控制器控制人造心臟，唯一的體外部分是一個(gè)有5小時(shí)燃料使用期限的電池。
值得一提的是，該人造心臟的設(shè)計(jì)者通過(guò)對(duì)“生物假體性”豬軟骨進(jìn)行特殊消毒以及精確復(fù)制出與人類心臟同樣的血流降低了血栓形成的風(fēng)險(xiǎn)——這是制造人造心臟道路上一塊主要的攔路石。
得益于應(yīng)用于導(dǎo)彈技術(shù)中的電子傳感器技術(shù)，這種心臟能針對(duì)患者處在靜止坐著、爬樓梯或是輕快邁步等不同狀態(tài)及時(shí)反應(yīng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)血壓、血流速度以及心率，例如在移植者走路時(shí)加快心率，休息時(shí)放緩心率等。此外還能對(duì)人造心臟的運(yùn)作情況進(jìn)行及時(shí)監(jiān)控和診斷，節(jié)省病人頻繁跑醫(yī)院做常規(guī)檢查的時(shí)間。
—— 人造腎 ——
自體細(xì)胞制造 減少排異反應(yīng)
對(duì)于很多慢性腎衰患者來(lái)說(shuō)，透析是維持他們生命的救命稻草，但同時(shí)透析也限制著他們生活中諸多方面的自由。除了要花大量時(shí)間外，這項(xiàng)治療還需要患者嚴(yán)格控制飲食和飲水，并且還要控制體重。不過(guò)美國(guó)研究人員正在研發(fā)的一款人工腎臟有望幫助慢性腎病患者擺脫束縛。
研究人員利用清洗液，把老鼠腎臟上的活細(xì)胞剝離下來(lái)，只剩下一個(gè)由膠原結(jié)締組織組成的蜂巢狀“支架”。然后把剛剛出生的老鼠的腎細(xì)胞植入到這個(gè)支架里，并用人類的內(nèi)皮細(xì)胞取代血管內(nèi)壁。接著把這些器官放入一個(gè)生物反應(yīng)器，并在氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的滋養(yǎng)下，培養(yǎng)12天。在這段時(shí)間里，“幼苗”細(xì)胞會(huì)不斷生長(zhǎng)和分裂。試驗(yàn)顯示，這種人造腎臟能夠過(guò)濾血液，產(chǎn)生尿液，產(chǎn)尿效能達(dá)到天然腎的23%。把它們移植到老鼠體內(nèi)后，它們能繼續(xù)產(chǎn)生尿液，產(chǎn)尿效能下降至5%，但沒(méi)有出血或者是血塊形成的跡象。
這項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人哈羅德·奧托博士說(shuō)：“如果這項(xiàng)技術(shù)能夠用來(lái)進(jìn)行人類級(jí)別的移植，目前正在等待腎源，或者不是移植候選者的腎衰竭患者，從理論上來(lái)說(shuō)就能移植用他們自己的細(xì)胞培養(yǎng)出來(lái)的新器官?！彼硎?，這種“改造腎”與患者匹配，患者接受移植后不需要終身服用抗排異藥物。這將大幅增加可移植器官的數(shù)量，因?yàn)榇蟛糠挚梢浦财鞴僖蚺c患者不匹配而無(wú)法移植，卻可以在接受“改造”后移植。
不過(guò)，這款用于實(shí)驗(yàn)的設(shè)備距離醫(yī)學(xué)實(shí)踐還有很長(zhǎng)的路要走，現(xiàn)在科學(xué)家正在剝掉豬腎和人類腎臟上的細(xì)胞，開始著手這項(xiàng)技術(shù)更大規(guī)模的應(yīng)用。
—— 人造耳 ——
模擬大腦信號(hào) 噪音中“捉”談話
仿生耳的出現(xiàn)已有40多年了。耳蝸植入裝置將聲音轉(zhuǎn)化成電脈沖信號(hào)傳入大腦，讓使用者能夠聽到。不幸的是，這種裝置無(wú)法調(diào)整到具體的聲音，因此在喧鬧的環(huán)境中患者聽人講話會(huì)很費(fèi)勁，并且很難享受到音樂(lè)的樂(lè)趣。有鑒于此，澳大利亞拉籌伯大學(xué)的科學(xué)家正在研發(fā)新型可移植仿生耳，通過(guò)模擬大腦使用電信號(hào)捕捉他人談話，能夠讓耳聾患者重新恢復(fù)聽力，讓他們清楚地聽到人們的說(shuō)話，并且享受音樂(lè)。
澳大利亞拉籌伯大學(xué)的副教授托尼·鮑里尼領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在英國(guó)皇家物理學(xué)會(huì)的雜志《神經(jīng)工程》上發(fā)表論文稱，當(dāng)人們傾聽他人說(shuō)話時(shí)，沿著神經(jīng)從耳朵到大腦的電脈沖的頻率和響應(yīng)時(shí)間非常重要，大腦使用神經(jīng)細(xì)胞中的電脈沖的頻率和放電時(shí)間來(lái)對(duì)被聽到的聲音進(jìn)行編碼，以便將說(shuō)話者的聲音從背景噪聲中區(qū)別開來(lái)。
鮑里尼表示，通過(guò)將與神經(jīng)細(xì)胞放電的確切時(shí)間相關(guān)的信息考慮在內(nèi)，大腦能夠更好地理解聲音。接受這些信息的人接受聲音的能力大大加強(qiáng)，接受的音量范圍也更大，而這兩方面對(duì)于患者理解他人說(shuō)話都非常重要。因此，復(fù)制這些信息，將有望提高病人理解他人說(shuō)話的能力。
研究人員據(jù)此在研究新的仿生耳，希望這種仿生耳能夠讓耳聾病人恢復(fù)聽力，讓他們?cè)卩须s的環(huán)境中能夠聽到他人說(shuō)話。
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