生物工程师Joan Nichols在加尔维斯顿的实验室里培育了一块人造肺器官，而且得花上像养孩子一样的功夫来照顾这块精致的东西。
Joan Nichols和他的团队都来自德克萨斯大学医学分部，过去几年中，他们轮流开车到实验室，在上午1：00点准点检查他们的实验器官，比如生物反应器没有泄漏，支撑肺部的营养液是不是仍在流动，或者组织和静脉的萌芽囊有没有死于污染。最后的风险更是带给他们持续的焦虑——建立肺部需要在温暖、潮湿、真菌友好的条件下将物质悬挂数周。
（图源：JOAN NICHOLS/Wired）
但他们小心翼翼的努力得到了回报。2014年，Joan Nichols的团队培养出第一个生物工程人肺。一年后，研究人员首先将一个实验室制造的肺部植入猪体内。他们使用来自预期接种者的细胞培育了三个以上的猪肺，并成功地移植了它们，而且没有使用免疫抑制药物。
据这些研究人员在本周《科学转化医学》杂志上的描述，这种培育猪肺的程序和方案，是使用移植受体自身细胞，培育出按序生长的人体器官的重要一步。
生物工程肺有点像用粘土铸模——Nichols的团队在韧性、灵活的蛋白质框架上培育适合在实验室生长的肺部的组织和血管。研究人员研究小组首先分别对四头猪进行手术切除一只肺，他们随后得到了第二手的脚手架，从死猪身上收集整个器官，并用糖和洗涤剂混合物将它们洗净，以剥去它们此前所有者的细胞和血液，就像去掉旧桌子上的一层清漆。
（图源：JOAN NICHOLS/Wired）
Nichols表示，每个肺部中仅留下了蛋白质，本质上说就是肺的骨架。它主要由胶原蛋白和弹性蛋白组成，胶原蛋白赋予肺部力量，弹性蛋白使其具有弹性。每个脚手架都会被放入生物反应器，Nichols和她的团队从零开始构建每个蛋白质斑点。最早的模型比小鱼缸还小，但后来他们配备了从Home Depot购买的零件用作工具。
每个生物反应器都起着至关重要的作用。“这可以为器官提供生长因子、媒介，以及物理刺激。”儿科麻醉师Joaquin Cortiella说道，他与Nichols共同领导肺部实验室。它的作用类似于胎盘，使肺在温暖、舒适、营养丰富的环境中发育30天，然后移动到还在呼吸的活体猪的胸腔，整齐地安置在动物的原始肺部旁边。
哥伦比亚大学干细胞和组织工程实验室主任Gordana Vunjak-Novakovic表示，在生物反应器中培养一个月的肺是一项重大成就。而且这相比以前实验室培养的肺部在移植前花费的时间少了很多。Nichols和Cortiella可以用这些省下来的时间为生物工程肺部培育更多的血管，其发育不足“是目前肺活量的主要限制”。
在过去涉及较小动物的研究中，移植受者往往由于肺部积液而在几小时内死亡。相比之下，Nichols和Cortiella器官中的脉管系统允许受体猪在移植后可以存活长达两个月，而且没有任何可观察到的并发症。
目前还不清楚2个月后受体活猪的表征。研究中的4只动物分别在手术后10小时、2周、1个月和2个月安排安乐死，因此研究人员可以检查每个生物工程肺在移植后如何在其受体内发育。所有迹象都表明肺部实现了自然衔接和融合，它们继续生长出血管和肺组织，并被动物的天然肺微生物组特有的微生物固定住，所有这些都没有呼吸道症状或接受者的免疫系统排斥。
一个很大的问题是生物工程肺部输送氧气的程度。研究人员担心，植入的器官太不发达，不足以阻止每只研究动物在呼吸使用其原始肺。这样实验室培育的器官就只能孤立地进行测试。Nichols团队表示，未来他们打算培育出移植肺部后可存活一年以上的猪样本，而且还会用于更多的生物测验，预计十年内将生物工程肺移植到人体中。
据调查，仅在美国就有1,400多人正在等待肺移植，然而根本没有足够的供体肺来满足这种需求。通常新肺的平均等待时间是三到六个月，有时可能是几年。
Nichols团队为未来在实验室培育人工肺开辟了道路。未来，如果生物工程肺可以完全取代供体捐赠肺，那些等待换肺的人们将不用被列成一串串恐怖的长名单。
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