亲爱的读者，我们在上周为您较系统地介绍了人类创造自身的炼金术——组织工程。相信你也注意到，当今组织工程产品主要集中在皮肤、角膜和骨骼等结构、功能相对简单的组织类型，而人体其他更加复杂器官的构建是组织工程研究领域科学家的最大梦想和终极目标，也是他们所面对的最大难点和挑战。然而，科学家还是在这个挑战重重的领域取得了令人兴奋的进展。今天，就让我们一起来分享一下科学家所发明的那些令人脑洞大开的人体器官构建技术吧。

　　撰文 杜亚楠 （清华大学医学院生物医学工程系研究员）

　　编辑木東

　　我们知道，组织工程在平面和管状器官构建方面虽然已经取得了较大的成功，但由于空腔和实质性器官（比如人体的膀胱和肝脏）的功能和结构极为复杂，其构建是组织工程领域最大的挑战和梦想。以人体最大的脏器肝脏为例，成人肝脏重达1-1.5千克，由大约50万-100万个六边形结构的肝小叶所组成，包含七种总共1012（一万亿）细胞和致密交错的血管和胆管网络，行使包括代谢、合成和解毒等500多种重要功能。要想人工建造如此复杂的器官其难度和复杂程度可想而知。组织工程学研究日新月异的发展给构建复杂器官带来了新的希望。这里我们主要介绍三种有前景的器官再造技术。

　　器官脱细胞化技术

　　首先介绍组织脱细胞化技术。第一个人工角膜替代品艾欣瞳，就是利用动物角膜组织经过脱细胞化而得到。组织脱细胞化技术是指经化学和物理方法去除异体或异种组织或器官中的细胞，形成无免疫原性或低免疫原性的生物材料支架的方法。脱细胞化支架会很好的保留原有组织细胞外基质的有效成分（也就是组织中的天然生物材料如胶原蛋白等）和其他精细结构，比如血管网。通常器官脱细胞化技术后续需要重新种植自体细胞来构建仿生的组织和器官。

　　目前，多种人类或动物（通常为猪或牛）组织脱细胞化基质材料已经产品化，并正在进行临床试验，包括皮肤、肠道、骨、角膜、气管、心瓣/心阀、血管等，在骨科、牙科、整形、美容以及心血管等领域都取得了较好的再生修复效果。例如德国 Auto Tissue 公司开发的猪异种脱细胞化心脏瓣膜，就是目前唯一一款得到欧盟认证的无细胞心脏瓣膜，用来治疗小儿先天性心脏病，以实现右心室流出道重建，目前已经在93例儿童患者中取得了良好的临床效果。

　　(A-C) 肝脏组织脱细胞化过程：正常肝脏组织逐渐褪色，显示出丰富的血管结构；(D) 被绿色染料呈现出的脱细胞化肝脏保留的精细血管结构；(E) 脱细胞化肝脏组织可以再次被种植肝脏细胞（导致组织逐渐变黄），以重构新的肝脏；(F) 荧光显微镜图像显示重建肝脏组织保留着肝脏典型的六边形肝小叶结构。（图片来源：参考资料[1]）

　　脱细胞化技术最大的优势在于对复杂器官的重建。在动物模型中，科学家已经实现了包括心脏、肝脏、胰脏、肺、脑等复杂器官的脱细胞化和细胞重新种植，为最终实现器官重建带来了曙光。美国明尼苏达大学的研究者将大鼠的心脏通过冠状动脉灌流进行脱细胞化，完好的保留了心脏的细胞外基质成分，以及心阀和腔体结构。该脱细胞化的结构在移植到大鼠体内后，可重新与循环系统连接并恢复血供，而且通过后续生物反应器中心肌细胞和血管内皮细胞的重新种植，经过28天的体外培养，形成可规律性搏动的心脏，并能部分重塑成体心脏的功能。如前所述，肝脏由于具有复杂的结构、脉管系统和功能，非常难于重建。美国麻省总医院的医生们将大鼠的肝脏进行脱细胞化，保持了肝脏特异性肝小叶单元的结构和复杂的血供系统。随后在脱细胞化基质上重新种植肝脏细胞，并移植入另一只肝切除的大鼠中，在血供形成后，可以看到移植后的人造肝脏和天然肝脏在外形上非常接近。这些在动物身上实现的器官再造，正在进一步扩大化和规模化，但最终实现人类器官的重建的确还需要很长的一段路要走。

　　器官3D打印