实验室培育的血液首次用于输血:另外三种制造器官的方式可能改变医疗保健
人类志愿者首次接受了实验室培养的红细胞这是史无前例的科学发现。志愿者们接受了大约5毫升到10毫升的血液(大约1-2茶匙),其中含有大约150亿个红细胞。据报道,到目前为止,接受实验室培养的血细胞的志愿者健康状况良好。
为了种植这些红细胞在美国,研究人员首先从血液样本中提取了干细胞。然后,他们在实验室里引导这些干细胞生长成红细胞。人们希望这些实验室培养的血细胞可以用于治疗影响红细胞的疾病,比如镰状细胞性贫血而且地中海贫血.
虽然这是第一次在实验室里培养血液,但它肯定不是第一个实验室培养创新。多年来,科学家们一直在使用基于实验室的模型来研究器官和组织功能、了解疾病过程和测试新的治疗方法等各个方面。
以下是迄今为止其他一些最有前途的实验室创新。
瀑样
近年来衍生出各类类器官干细胞,在研究中变得越来越普遍。类器官的结构和功能与正常大小的器官非常相似人体器官.这使得研究人员能够研究有多少不同的疾病或病毒可能会受到影响人类健康.它们还使研究人员能够更好地了解干细胞(它们是从干细胞中生长出来的),干细胞几乎可以变成身体中的任何细胞。
例如,瀑样大脑帮助科学家理解了Zika病毒在大脑发育.它们也在理解差异方面发挥着更广泛的关键作用神经疾病,例如肌萎缩性侧索硬化症.类器官大脑非常有利,因为它们允许研究人员实时观察大脑中可能发生的任何变化——这在人类身上是不可能的。这将帮助我们更好地了解何时以及如何治疗某些疾病。
瀑样的心已经在实验室里成功培育出来了。经过一周的发育,它们的功能相当于25天大胚胎的心脏,每分钟可以跳动60-100次。最近的进展也使心脏细胞从…中成长干细胞这为培育更大更高效的心脏器官铺平了道路。
来自这些类器官的细胞也被证明能改善心肌损伤给动物吃的时候。类似的研究表明,他们也在提供有价值的信息心脏病发作,心力衰竭和一些遗传性心脏疾病。
瀑样肺也被证明在理解COVID-19和测试新疗法方面有用,同时还能帮助科学家了解其他疾病,例如慢性阻塞性肺疾病哮喘和某些类型的肺纤维化。这种人体肺类器官大约八个星期在实验室里生长。
完全成熟的器官
科学家们还成功地在实验室里培育出功能齐全的器官。
例如,有一小部分人实际上是带着发育完全,功能正常的膀胱由它们自己的细胞制成。这些是在实验室里通过生长病人自己的膀胱细胞然后用3d打印出正确的形状。然后通过手术将其植入患者体内。这个过程大约需要两个月的时间。但由于这些器官是从病人自己的细胞中培养出来的,它消除了身体排斥新器官的风险。
实验室培育的阴道是另一个例子。它们通常生长并植入那些天生没有阴道的女性体内,比如那些患有一种罕见疾病的女性Mayer-Rokitansky-Kuster-Hauser综合症.这一过程有点类似于膀胱,它们的外生殖器细胞被用来在生物反应器中生长阴道。
研究人员目前面临的最大挑战之一是开发实验室培养的皮肤。皮肤是人体最大的器官,由三个不同的层组成。但是,科学家们很难找到一种方法来整合这些层,就像它们在身体里一样。
虽然皮肤细胞已经在实验室中成功培养了多年,但它仍然需要两个阶段2 - 3周才能长出足够的皮肤细胞来填满移植的区域。然而,将它们与来自底层真皮层(皮肤三层之一)的细胞共培养显示出了效果提高产量和性能实验室培养的皮肤细胞。研究人员面临的另一个挑战是培育含有以下元素的皮肤汗腺和汗毛.它们是必不可少的,因为它们帮助皮肤发挥许多重要功能之一:调节体温。
耳朵
科学家们已经成功地种植和3d打印人耳使用病人的软骨细胞。
希望这一进展将有助于治疗先天性糖尿病患者小缺或缺一种先天性缺陷,导致耳朵不能正常形成,或根本不形成。大约每2000 -10,000名新生儿中就有一人患有这种疾病。但是,虽然外耳改善了外观,但由于最初没有耳朵而导致的听力下降仍然是一个挑战,这也会影响语言。
几乎6800人在英国等待器官移植的人数超过15倍在美国。实验室培养器官的进步可能会为那些等待移植的人提供另一种选择,并且可以从患者自己的细胞中产生。
未来的创新将着眼于其他实验室培育的器官,比如肾脏而且肝脏因为这些器官占了等待移植的人所需器官的很大一部分。