■本報記者 夏斌
日前，軍事醫學科學院團隊歷經10年努力，建立了“人工血液”制備工藝，并通過干細胞技術成功制備出“人工紅細胞”。經權威機構檢測，這個“人工紅細胞”與正常紅細胞在血紅蛋白含量、攜氧能力和滲透脆性等指標上基本一致，是體外制備最接近臨床應用的生物科技成果。
目前，包括“人工血液”在內的人造器官技術被不少國家列為臨床醫療和國防安全的重大攻關課題。那么，“人工血液”到底有何用處？還有哪些人類器官或組織可以被“制造”出來？
“人工血液”能否大展身手
無償獻血的人不夠，冷庫儲血告急，怎么辦？戰場上傷員失血過多，無法快速及時輸血，怎么辦？
血源的缺乏、血液運輸和保存的困難，迫使科學家們去尋求有效的血液代用品，人造血液技術應運而生。所謂“人工血液”，最早可以追溯到上世紀30年代。當時限于種種條件，只能從人血中提取紅細胞，進行脫氧、冷凍和干燥，制成血紅素粉保存起來；臨用前，再用生理鹽水配成血紅素液，作為血液代用品。嚴格來說，它不能稱之為人造血，而只是人血的提取物。
隨著醫學技術的發展，越來越多的實驗證實，干細胞具有自我更新和多向分化的潛能，可以作為血液細胞制備的有效來源。特別是干細胞能夠在體外直接“生產”紅細胞，且由此獲得的細胞具有正常紅細胞一樣的生理功能，因而逐漸成為人造血液技術的主要發展方向。
與正常的人類血液相比，人造血液有許多神奇的功效。首先，溶氧量比人血高2倍，這對危急病人的供氧特別有利；其次，沒有血型之分，無論任何人均可輸注，安全方便；再次，化學性質穩定，無需低溫貯藏，且保存時間可長達數年；最后，無菌無毒，不會給受血者帶來傳染性疾病。
不過，據現有技術而言，“人工血液”要真正發揮替代作用，還面臨不少挑戰：一方面，同時輸送多種氣體，如氧氣、二氧化碳等，意味著需要更多的蛋白種類支持，從而帶來更大的排異風險。另一方面，制造運輸過程中，溫度的細微變化等可能改變特定蛋白的生理活性，從而產生無法預測的變化。
更為嚴重的問題是，血液在人體循環系統中往復流動，在血漿的維持和運載下，血細胞各司其職，完成極其復雜卻又高度有序的免疫、運輸、代謝等過程。而現有的“人工血液”還不具備白細胞、血小板、抗體、酶等人體活性物質，這將導致它不具備抗菌、凝血、免疫等多重功能。
此外，在社會心理和倫理層面，“人工血液”還可能造成深遠的沖擊。畢竟，當我們身上流的血液都是人工制造的，還會不會對生命、對自然充滿感激和尊重呢？
三維打印器官能否普及
不僅血液，人的牙齒、耳朵、肝臟、骨骼乃至皮膚、血管，也已經或有望被“制造”出來。這多虧了三維生物打印技術的發展。
所謂三維生物打印技術，是利用電腦輔助累積制造法，實現醫學、工程學、電子學、生物學的整合，進而“打印”出跟人的器官或組織一樣的替代品，用于組織修復和器官移植。
與普通的三維打印技術不同，三維生物打印的制造過程必須符合生物學的標準，要能保證細胞活性、組織功能，還要符合醫學標準，如無菌等。這些要求看似簡單，其實需要大量的實驗來獲得針對每種器官相應的生物材料、細胞和生長因子的最佳組合。
最為常見的人造器官是“人工心臟”，即用生物機械手段部分或完全替代心臟的泵血機能，維持全身的血液循環。據報道，印度哈拉格普爾理工學院的研究小組歷經3年，制造出一種新型“人工心臟”。這種人造心臟和傳統人造心臟系統有很大不同，是根據蟑螂的心臟起搏和運行機制研發的。蟑螂的心臟由13個小室組成，而人類的心臟只有4個小室。即使有一個小室停止工作，蟑螂的心臟仍然會繼續正常跳動。這種新型人造心臟已經在青蛙身上試驗成功。
三維打印牙齒技術，是目前研究和發展較為成熟的一個領域，主要成分是傳統打印材料和人牙髓細胞共混物。傳統的打印材料包括石膏和金屬鈦；而人牙髓細胞混合物附著，則進一步提供了適合生長分化的良好微環境。此外，還有科學家嘗試引進激光掃描技術。由于這一技術直接將掃描后的信號輸入到三維打印機，減少了信號轉化過程中信息的丟失，從而最大程度提高了牙齒模型的精確度。
能夠實現個性化定制的“人工耳朵”，也是一個成功案例。據報道，美國康奈爾大學研究人員首先利用快速旋轉的三維相機拍攝數名兒童的耳朵信息，然后將其輸入計算機，三維打印機據此打印出耳朵模型。之后，研究人員在模型中注入特殊的膠原蛋白凝膠，這種凝膠含有能生成軟骨的牛耳細胞。數周內，軟骨逐漸增多并取代凝膠。3個月后，模子內出現一個具有柔韌性的人造外耳，其功能和外表均與正常人耳相似。
人造器官能否增強人類能力
不過，雖然人造器官技術取得了一定的進展，但目前許多三維打印器官僅停留在基礎研究層面。其中最關鍵的問題是，大部分人體組織和器官都是有血管系統的，而當前三維生物打印技術還不能制造出與人體血管系統功能相當的替代品，更不用說將血管系統融入三維打印的器官或組織。
同時，選擇什么樣的細胞也至關重要。人體的不同器官或組織都由特有的細胞組合而成，肝臟主要有肝細胞，心臟主要有心肌細胞，皮膚主要有各種上皮細胞。但并不是所有的細胞都可以在體外分離進行培養，而且不是所有細胞經歷三維生物打印的環境之后還能夠保持生物活性。所以，如何優化細胞分離、培養、增殖技術，是保證人造器官有效運行的另一大要素。
此外，隨著各種人造器官的出現，一些人越來越擔心新技術的負面影響。美國皮尤研究中心就3項新興技術調查了4726名美國成年人的看法。這3項技術分別是在子宮內編輯基因以降低嚴重疾病的患病率、為健康個體植入大腦芯片以增加心智技能以及用人造血液提高人類的速度、力量和活力。
調查顯示，68%的受訪者擔心基因編輯，69%的人擔心大腦芯片，63%的人對合成血液的使用感到困擾。只有約1/3的被訪者表示，愿意使用大腦芯片和人造血液；而對于基因編輯，愿意給自己孩子使用和不愿給自己孩子使用的人幾乎各占一半。這一結果表明，美國人更現實的想法是使用這些技術糾正現有的問題或應付一種殘疾，而非實現更高水平的功能。
可見，生物醫學技術雖然正在快速發展，但怎樣使用這些技術以及如何利用新興技術增強人類能力，是一個值得討論和深思的社會話題。
（部分資料引自《科技日報》《中國科學報》）
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