自从多能干细胞具有向特定器官分化的能力被发现以来，人造器官已经成为了干细胞应用的主要方向。然而，从一滴血，到一段血管、一块软骨、一片皮肤，再到*终的肝脏、肾脏乃至心脏，人类的人造器官“梦”依然充满挑战。

有“形”不等于有“功能”

这项研究提供了一种重要的药物筛选的便捷方式，但它的准确性还是受到了一定程度的担忧。

中国人民解放军 307 医院全军造血干细胞移植中心主任陈虎解释，从多能干细胞分化而来的心肌细胞自己就能有节律的伸缩、跳动，然而，这颗“迷你”心脏距离真正拥有完整功能的心脏还差得很远。

“多能干细胞定向分化成器官，除了要分化成功能细胞，比如心脏的心肌细胞，还要形成三维空间的支架结构。”陈虎说。然而，无论是心脏还是肝脏、肾脏，其结构的复杂程度还是让当下的科学技术有些“力不从心”。例如，为心脏提供氧气和排除废物的毛细血管，其网络结构极其繁复，如何在定向分化过程中形成准确的排布，科学家们还无从控制，也就难以使这些器官真正行使自己的功能。

早在《时代》周刊评出的 2008 年十大医学突破中，在一例支气管移植手术中，由于捐献的气管上的细胞受到了破坏，移植后容易产生排斥，医生就用患者的干细胞培养出的气管组织修复捐赠的气管。这也被称为是首次干细胞“器官移植”。

2012 年，轰动一时的日本再生科学综合研究中心教授笹井芳树领导的研究小组利用小鼠的胚胎干细胞，成功地在试管中培养出了被称为“视杯”的视网膜组织。

“视杯”是胚胎发育初期形成的视网膜结构，研究人员将“视杯”再持续培养两周后，形成了接近新生小鼠视网膜的组织。有望应用于可导致失明的视网膜色素变性症等目前无法治疗和预防的眼科疾病，这类手术则寄希望于通过移植视网膜组织，代替眼睛里受损的薄膜，从而进行治疗。

干细胞重建“迷你”心脏

近日，美国加州大学伯克利分校的研究人员与美国格拉德斯通心血管病研究所的科学家们合作，对从人体皮肤提取的多能干细胞进行遗传重组，使用生物化学和生物物理学方法，促使干细胞分化并自我组织成这个包括微心室在内的微型心脏组织，这颗“小心脏”能像完整大小的心脏那样“搏动”。相关研究发表在*新一期的《自然·通讯》杂志上。

加州大学伯克利分校生物工程学教授凯文·希利在接受英国《每日邮报》采访时指出，这是首个在试管中培育出的人体微心室。研究人员可以有机会深入了解心脏的发育过程。

尽管这颗“心脏”还只处在人类心脏早期发育的阶段，用于器官移植为时尚早，但研究人员却可以利用它进行药物测试。

此前，人类心脏疾病的研究模型主要是使用实验鼠的心肌细胞来对心脏微组织进行研究的，而由人类干细胞发育而成的“迷你”心脏构建的实验模型，则更接近人类身体的真实状况，它甚至有可能替代动物实验。

这一次，研究人员瞄准的就是可能产生心脏先天缺陷的药物——沙利度胺。他们将这些正在分化的细胞暴露在沙利度胺中，结果发现在治疗剂量下，这种药物会引发微室的异常发展，包括体积减小、肌肉收缩问题和较低的心率。

格拉德斯通心血管病研究所资深研究员布鲁斯·康克林特别提到，美国每年有多达 28 万名怀孕妇女都暴露在具有潜在胎儿风险的药物下。*常见的先天缺陷就是涉及心脏，因此，产生心脏缺陷的潜在可能性是决定孕期药物安全的*重要的问题。

事实上，早在这项研究完成几个月前，研究团队就在一个芯片上，利用从成年人皮肤组织里提取的基因重新编码的干细胞，分化形成能够搏动的人类心脏细胞的小室。

多能干细胞*初被放置在一个圆形表面，用来调节细胞的分化。两周后，生长在二维表面环境的干细胞开始形成三维结构，成为了一个搏动的微室。

当干细胞遇上 3D 打印

在干细胞培育人体组织器官的道路上还有很多困难有待克服，然而，自从 3D 打印技术被引入生物工程技术领域以来，科学家发现，人们距离实现人造器官梦似乎又进了一步。

通俗地理解，当干细胞遇上 3D 打印时，科学家首先可以利用 3D 技术设计出组织器官的立体构架，然后将与组织器官移植受体匹配的多能干细胞接种到器官支架上进行分化和生长，在培养完成后接种至体内。

去年，南京医科大学就利用“融合 3D 打印和干细胞技术”成功“制造”了兔肩关节。他们以 3D 打印技术制造出支架，在支架内富集骨髓血，并使用特定的方法诱导其中的间充质干细胞向软骨细胞分化。打印材料是可降解的生物材料，可在 2 年左右的时间内缓慢被人体降解。

韩忠朝表示，“ 3D 打印与组织工程的结合，必定会带来个体化植入物制作及组织工程技术的革命，是 21 世纪*重要的医学科技”。

“但在这项技术中需要满足三个条件，种子细胞、可降解的生物材料、模拟人体内的培养环境。”韩忠朝说。

首先，除胚胎干细胞以外， iPS 诱导多能干细胞被寄希望于能广泛用于组织器官再生的种子细胞，但这种方法需要使用逆转录酶病毒“改造”体细胞，这种病毒可能使基因产生变异，引发肿瘤等副作用至今还没有被克服。

于是，科学家又开始尝试用小分子化合物诱导体细胞重编程为多潜能干细胞，这也是近年来开辟的一条全新的实现体细胞重编程的途径。这种方法可以避免复杂的基因操作及由此引起的基因组不稳定的顾虑。不过，它的分化、增殖功能，以及安全性问题，仍在研究过程中。

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