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腎病患者的新希望!澳大利亞利用干細胞培養出人工腎臟

【摘要】:
據報道,澳大利亞的科研人員稱,他們利用人體干細胞成功在實驗室中培育出了人體腎臟器官,這一技術可以幫助患有腎衰竭的病人?! “拇罄麃喞ブ荽髮W分子生物科學研究所的教授利特稱,他和其他研究人員用胚胎干細胞在培養皿中培養出了一個微型的腎臟?!斑@個腎臟比成年人的器官小許多,但他本質上是一個處于生長期的腎?!蓖ㄟ^模仿腎臟正常的生長過程,在特定環境下被浸泡在生長因子環境中的干細胞,通過引導和生長逐漸分化變成一個

  

 

  據報道,澳大利亞的科研人員稱,他們利用人體干細胞成功在實驗室中培育出了人體腎臟器官,這一技術可以幫助患有腎衰竭的病人。

  澳大利亞昆州大學分子生物科學研究所的教授利特稱,他和其他研究人員用胚胎干細胞在培養皿中培養出了一個微型的腎臟?!斑@個腎臟比成年人的器官小許多,但他本質上是一個處于生長期的腎?!蓖ㄟ^模仿腎臟正常的生長過程,在特定環境下被浸泡在生長因子環境中的干細胞,通過引導和生長逐漸分化變成一個完整的腎臟。

  最初科研人員只能通過干細胞培養一種腎臟細胞,在偶然的條件下,他們突破了兩項生成腎臟的關鍵步驟,終于“組裝”出了一顆完整腎。利特說:“1/3的澳洲人受到慢性腎病的威脅,而目前唯一的治療方法是腎移植和血液透析治療。只有1/4的患者可以接受捐贈器官,透析是持續的保守治療方案。我們需要改善患者這種脆弱的治療狀態?!?/p>

  科研人員認為,這種技術將在未來應用到器官移植上。利特說:“事實上,這種技術預示著未來可以在實驗室利用生物工程技術培育新器官來取代病變器官和組織?!?/p>

  美國“人造”腎臟生長良好 植入老鼠體內可產生尿液

  美國研究人員透露,他們研制的腎臟生長良好,已經被移植到老鼠體內,開始了產生尿液的功能。

  美國研究人員說,經由“生物工程”產生的這顆“腎臟”證明,未來有望使用同樣技術制造可供移植的自家肝臟、心臟和肺等。

  其實,科學家早已用類似技術,制造出簡單的人體器官,并且使用在病人身上,不過,腎臟是迄今制造的最復雜器官之一。

  美國波士頓麻省總醫院再生醫學中心的奧特博士是這項研究的負責人,他領導的團隊在《自然科學》發表報告說,在此項試驗中,科研人員取出老鼠的腎臟,然后將里面的活細胞剝離掉,只留下膠原蛋白質的外殼??雌饋?,它就是一個由復雜的血管網絡和排液管道搭起來的腎臟型結構。

  接下來,科研人員用活細胞、包括來自腎臟血管壁的人體內皮細胞,和新生老鼠的腎臟細胞,填充到該腎臟外殼里,重新建立一個完整腎臟。

  這項技術的關鍵是使用輸尿管作為肌肉導管,把各種細胞“種植”在腎臟的正確位置。

  接下來的12天里,這顆生物腎被放到模擬老鼠身體的特殊環境里生長。

  在新造腎臟成型后,科研人員把它植入老鼠體內。在恢復供血以后,該腎臟就開始過濾血液和產生尿液,這尿液經輸尿管排出,并沒有發生出血跡象。

  如果這一過程能夠成功用在人類身上,等候腎臟移植的病人可用自身細胞生長出新腎臟,這就能減少因排斥反應造成的移植失敗。

  不過,科學家也指出,在展開人體試驗之前,還有許多需要克服的障礙。比如,在實驗室進行測試發現,人造腎能產生相當于正常腎臟23%的尿量,但是植入老鼠體內后,腎功能的效率下降到了5%。

  不過,奧特表示,對于洗腎病人來說,10%至15%的腎功能,已經足以讓他們不用依賴透析機了。

  單單在美國,就有10萬病患在等待腎移植,每年能接受手術的只有1萬8000人。有5000到1萬病人尚未等到腎臟就已死亡。

  美開發出自動化、可穿戴式人工腎臟

  來自美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)及退伍軍人事務部(VA)大洛杉磯地區衛生系統的兩名研究人員開發出一種自動化的、可穿戴式人工腎臟(AWAK),這將使并發癥患者免除常常遭受的傳統透析之苦。

  這種基于腹膜的腎臟設計,不僅是“不見血”的,而且能減少甚至是消除蛋白質流失及其他和透析相關的問題。該人工腎臟是由U鄄CLA的戴維?格芬醫學院臨床醫學副教授、VA衛生系統腎透析顧問馬丁?羅伯茨和UCLA醫學教授、VA腎臟學顧問戴維?李共同設計的。該研究成果發表在最新一期《臨床與實驗腎臟病學》雜志上。UCLA—VA已和新加坡AWAK技術公司簽署了一項獨家授權協議,以開發一款商業化的可穿戴式腎臟。

  此項新技術要得益于1980年前后制作的一臺結合了很多原理的人工腎臟機器。不過,這臺機器雖然是便攜式的,但不能隨身穿戴。而新開發的這項技術將使患者可以一邊透析,一邊從事正?;顒?。

  羅伯茨稱,這項新技術真正的創新之處在于解放了患者的肢體。對于發明者來說,最重要的是讓患者活動自如。第二重要的是,該裝置能一直不停地非間歇性工作,使治療效果能更有效。由此,患者會緩減病情和存活更久。

  腎臟清除身體內的代謝廢物,并且接連不斷、晝夜不停地調節液體的量與分布。在傳統的血液透析中,患者每次必須在透析儀旁連躺4個小時,每周要做3次。他們的血液經過機器過濾消除毒素后再泵回身體。不過,血液透析并不能做到在連續不斷地提供凈化與液體平衡,毒素水平與液體量也往往會出現波動,導致患者“休克”。標準的、基于腹膜的透析也同樣如此。

  此外,血液透析使用抗凝血劑以防止在體外循環的血液出現凝結。不過,這也可能導致出現并發癥。其他可穿戴式腎臟的研究都是基于這種血液透析或血液過濾模型。

  而AWAK將如同天生的腎臟一樣連續工作,而且是“不見血”的。這個以吸附劑為基礎的裝置能再生使用過的透析液中的水和蛋白質成分(AqC和PrC),形成了一種新型的自體蛋白透析。再生的水具有和商業用腹膜透析液幾乎一樣的成分,但含有碳酸氫鈉而不是乳酸,生理pH值也較高。再生的蛋白質成分則能循環回腹腔,減輕或消除蛋白質的損失。在連續的透析液再生和循環的條件下,就可獲得穩定的蛋白質濃度。PrC還能實現充分的過濾和間接去除與蛋白結合的毒素。額外的吸附劑也可一起加入AWAK,以消除尿毒癥毒素中的中等分子。以每小時4升的再生率,AWAK每天可供應的透析液流量為96升(是目前產量的8倍至12倍)。24小時晝夜不停的非間歇性透析和過濾提供了穩定的生化代謝,調節了液體平衡,從而消除了由這些參數突然變化引起的“休克”的發生。

  研究人員指出,持續不斷的透析因AWAK的可穿戴性與自動化而成為可能,這使得末期腎功能衰竭患者將可從目前透析嚴格控制要求的束縛中解脫出來。

  首個可植入式人工腎臟原型公布

  據報道,美國加州大學舊金山分校的研究人員日前公布了首個可植入式人工腎臟的原型,并稱該設備有望完全取代患者對透析和腎臟移植供體的需求。

  負責該研究的加州大學舊金山分校的施沃·羅伊說,該人工腎臟中包含有數千個微型過濾器和生物反應器,能過濾血液中的毒素,模擬真實腎臟的代謝功能和水平衡功能。此前,研究人員在一個房間大小的外部模型上進行了實驗,結果表明,該療法獲得初步成功,可有效運行。

  為實現在人體上應用的最終目的,研究人員計劃通過硅制造技術和一種經過特殊設計的、用于幫助活體腎臟細胞生長的間隔,來使龐大的設備縮小到一個咖啡杯的大小。研究人員也將使用組織工程學的方法來培養腎小管細胞,以提供健康腎臟所必備的其他功能。整個過程在人體的血液壓力下即可運行,無需泵和任何電力供應。如果該技術得以實現,患者將過上正常的生活,無需服用任何免疫抑制藥物。

  羅伊稱,該小組已經建立了一個具有可行性的動物模型,并正在努力完善以使其更適合于人類,這種人工腎臟有望在未來5年至7年內進入臨床實驗階段。

  據了解,英國每年的腎臟移植手術只有2000例左右,不到等待移植患者總數的三分之一。相對于腎移植來說,另一個可替代的療法就是血液透析。然而,一般患者每周需要透析3次,每次3小時至5小時,這不但耗費患者大量的時間,也增加了龐大的醫療開支。

  羅伊稱,每年在英國有近45000名成年患者需接受血液透析治療,而這種療法卻只能替代13%的腎臟功能。長期的透析不但讓患者筋疲力盡,也無法完全保障他們的健康。統計顯示,在接受透析的患者中,只有35%的人存活超過5年。

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