有序的膠原纖維神經神經前體細胞
▲神經再生膠原支架修復脊髓損傷的再生機理圖
數根神經再生膠原支架歸攏爲束狀。本報記者常理攝
很多科幻電影裏都有這樣的情節：主角身體受到嚴重創傷，在先進醫療技術幫助下，患者的創處很快痊癒，傷口也恢復如初……在醫學科技高速發展的今天，這種美好遐想正在逐步照進現實，這一切都源於一項可以改變人類命運和未來的學科——再生醫學。
美國生物學家、諾貝爾獎得主吉爾伯特曾預言：“用不了50年，人類將能夠培育出人體所有器官。”隨着幹細胞、組織工程等研究的不斷深入，“再生醫學”這門新型學科開始引領一場影響深遠的醫學革命。
自2001年回國以來，中國科學院遺傳與發育生物學研究所再生醫學研究團隊負責人戴建武研究員一直致力於再生醫學研究，取得了一系列具有重要意義的技術成果，使我國再生醫學技術達到世界先進水平。
幹細胞——器官“重生”的祕密所在
幹細胞能分泌多種細胞因子，可修復早衰的卵巢
2018年1月12日上午九點半，隨着一聲啼哭，在南京鼓樓醫院，患有卵巢早衰多年的方女士在康復後成功誕下一名男嬰。這標誌着我國在卵巢再生臨牀研究中取得了突破性進展，也宣告再生醫學技術在攻克生殖系統“不治之症”方面取得了階段性勝利。
卵巢早衰（POF）是指女性40歲之前由於多種病因出現的卵巢功能衰竭，導致發生促卵泡激素水平升高和雌激素水平降低等症狀。卵巢早衰的女性很難實現受孕，因爲這類患者在月經週期中沒有優勢卵泡活動，無法取得卵子。因此，卵巢早衰也被業內公認爲無法治癒的頑疾。
“我國約有4億育齡女性，其中，卵巢早衰發病率超過1%。而且，我國卵巢早衰患者由於卵巢功能評估意識較弱，疾病普遍發現晚，自然妊娠概率極小。”南京鼓樓醫院生殖醫學中心主任孫海翔告訴經濟日報記者，通俗點說，卵巢早衰就像一株鮮花從根莖枯萎（卵巢早衰），沒有好種子（卵子），如何能結出甜美的果實（胎兒）？因此，解決這部分患者不孕的關鍵就在於如何挽救卵巢功能，獲得優質卵子配成胚胎。
爲解決這一世界性難題，中科院遺傳發育所再生醫學研究團隊負責人戴建武與南京鼓樓醫院生殖醫學中心合作，於2015年在國際上率先開展臍帶間充質幹細胞干預卵巢早衰合併不孕症臨牀研究。該臨牀研究在通過醫院倫理審查、國家衛計委備案後，成爲我國實行幹細胞臨牀研究備案制度後，首批備案的8個幹細胞臨牀研究項目之一。
科學家們之所以看上了幹細胞，是因其屬於細胞中原始的、未（完全）分化的一類。幹細胞既可以自我更新，也可以在適當條件下分化爲特定的功能細胞，也就是說具有再生的“本領”。
據戴建武介紹，幹細胞能分泌多種細胞因子，如VEGF、HGF、IGF-I等，通過一定途徑參與調節顆粒細胞生長、凋亡，以達到修復早衰卵巢的目的。
2015年12月，孫海翔臨牀團隊爲方女士實施了幹細胞卵巢內移植術，該臍帶間充質幹細胞由鼓樓醫院GMP級臨牀幹細胞室製備，並經中國食品藥品檢定研究院第三方檢驗。經術後複查，孫海翔發現患者卵巢內血流有明顯改善，但未曾懷孕。2016年，方女士又進行了兩次移植。2017年5月，方女士經檢查確認大卵泡活動，實現自然受孕。如今，寶寶健康出生，懸在方女士一家人心上的石頭終於落地了。
在中國食品藥品檢定研究院細胞資源儲藏及研究中心主任袁寶珠看來，卵巢再生臨牀研究的突破性進展，爲高齡婦女卵巢功能低下及卵巢抗衰老提供了新的技術手段，在嚴格監管的基礎上，幹細胞技術將帶來更多福祉。
生物材料——給幹細胞“安家”
智能型膠原支架猶如一個供幹細胞生長髮育的“溫牀
幹細胞和生長因子具有修復功能，但因其體積僅爲微米級，在豐富血流的作用下，很難作用於受損部位。因此，如何將注入到體內的幹細胞固定在需要它們的地方，成爲一大難題。
最終，戴建武團隊研製出一種可以注射的智能型膠原支架材料，以水凝膠形式存在，在與幹細胞充分混合後注入患者卵巢內，形成一個供幹細胞生長髮育的“溫牀”，以保證其僅限於卵巢內“活動”，解決了這一難題。
同時，臍帶間充質幹細胞附着在膠原支架材料上，通過支架幫助幹細胞定植、分化，修復早衰的卵巢，使患者能夠重獲生育能力。並且，膠原支架在完成“任務”之後，通常持續數月左右就會自然降解，對人體無傷害。
據戴建武介紹，膠原蛋白屬於生物材料的一種，具備四大特性：生物功能性、生物相容性、可加工性及化學穩定性。所謂生物功能性，指生物材料需具有器官組織所需的功能性，如人造關節需具有自體骨骼相應的強度；生物相容性，指可以與自體組織和血液和平共處，無毒不致癌、不排斥；可加工性，指可以按照要求成型、可以消毒；化學穩定性，指可以耐老化或被降解。
“生物材料作爲支架，可以促進幹細胞的定植以及微環境的重建，爲缺損的組織器官如脊髓、心肌等再生修復提供可能的治療策略。”戴建武說。
實際上，這種神奇的生物支架已經多次應用到臨牀試驗當中，爲解決人類的疑難雜症立下了汗馬功勞。
2015年4月，一名28歲因高空墜落受傷的男性接受了神經再生膠原支架治療脊髓損傷手術，取得成功。目前，這位急性胸段完全性脊髓損傷受試者經過康復，運動能力已取得顯著改善，生活自理能力顯著提高。
戴建武向記者展示，這種白色的生物支架長約10釐米，每根直徑不足1毫米。在使用時，醫生將數根絲狀支架歸攏成直徑2至4毫米的束狀，然後根據病人的脊髓空洞大小填入。神經可以在膠原支架這個“管道”的支撐和引導下有序生長，瘢痕中再生抑制因子的沉積也會被抑制。
“相當於先搭個橋，然後把間充質幹細胞‘種’在這個膠原支架材料上，以便讓兩側的神經長過去。”戴建武打了個比方說。
器官——或將實現體外“製造”
3D生物打印爲科學家們帶來希望
“未來人類將培育出所有人體器官。”吉爾伯特所的預言能否成爲現實？
戴建武認爲，這一切並不遙遠。“幾千年來，中樞神經系統一直被認爲不能再生，而再生醫學帶來了再生的希望，使我們有理由相信，人體所有的器官組織都可以再生。”戴建武說，再生醫學有利於引導組織再生，以修復因老化、生病、受損造成的不健康組織或器官。如今，再生醫學正在爲其他組織器官，如心臟、肝臟等提供損傷修復方面的可行性治療策略。不久的將來，人們或許可以在體外完成器官“製造”，用以替代人體缺損的組織器官。
對此，國際上目前認爲可行的途徑有兩條：通過生物反應器進行器官組織的體外培養，以及通過3D生物打印來製造功能器官及組織。
2008年6月，一名30歲的西班牙患者在相關醫療管理部門許可下，接受了世界首例自體幹細胞培育的人工氣管移植手術，短期內恢復狀況良好。目前，這項研究仍在進行中，雖然存在很多質疑，但很多科學家認可和採用了這一思路——利用幹細胞及支架材料在生物反應器中進行器官組織構建。然而，要讓體外製造的組織器官具有功能，需要解決使幹細胞在支架上定植並定向分化爲適合的功能細胞等一系列非常棘手的問題。
隨着3D打印技術不斷髮展普及，科學家開拓出了另一條更有希望進行體外器官構建的途徑——3D生物打印。
3D生物打印的基本思路是：將器官進行全細胞分析後建模，通過將合適的生物功能性材料與細胞混合，進行3D逐層打印，使細胞精確定位，最終打印出具有功能的組織器官，再進行移植。目前，這項研究剛剛起步，如何找到既可以快速固化成型，又能符合組織器官相應的力學強度，還能與細胞良好相容的生物材料等，都是科學家亟待解決的問題。
戴建武說，隨着多學科技術領域的突破與生物技術不斷交叉融合，以幹細胞和生物材料爲主的再生醫學將成爲未來人類生命科學及醫學診療新的突破口。再生醫學技術在醫學領域的科研、轉化與應用將越來越向縱深方向發展，爲目前尚無有效治療手段的組織器官缺損提供可能的治療策略，不斷造福患者。
