人造血管可以帮助病人进行心脏手术,血液透析——也就是当肾脏功能衰竭时进行的血液净化,以及其他治疗过程。人造血管能够提前制造生产,并且可以储存备用至进行手术。耶鲁大学(Yale University)的麻醉学家与生物医学工程师劳拉·尼克拉森(Laura Niklason)和她的合作者们,利用人类细胞培植出了人造血管,并在狒狒体内进行了试验。结果显示,此人造血管没有激发任何免疫排斥反应,同时避免了人造血管的常见并发症,如凝血,爆裂,或者随着时间的推移收缩。研究者希望,这些研究能够表明此人造血管足够安全以获得美国食品与药物管理局关于进行临床试验许可。
在心脏搭桥手术过程中,医生要设法规避阻塞的动脉,通常需要从病人腿部或者胳膊上获取移植血管。但是,那些患有血管疾病或者先前已经进行过血管移植的病人,或许已经没有合适的移植血管了。而另一种选择具有并发症:来自捐赠者的移植管,常常受到接受者免疫系统的排斥;人工塑料血管存在高比率的血液凝块以及其他问题;而由病人自身组织培植血管则需要花费多于6个月的时间方能成熟可用。“人造的移植管存在血液凝块和障碍问题的原因在于,它们不是组织,”尼克拉森说,特别是当采用塑料材料时。
尼克拉森说,通过使用源于现有可利用且不被免疫系统排斥的活体组织来制造血管的方法,她解决了这个问题。研究者们利用尼克拉森1990年在麻省理工学院开发的一项技术,在管式支架上播种平滑肌细胞。这些细胞围绕支架分泌胶原蛋白以及其他连接组织分子,形成血管。在拆散支架之后,利用清洗剂清洗血管去除细胞,最后得到由胶原蛋白构成的纤维管。
由于这些管中不存在任何活细胞,因此他们不会诱发免疫反应,并且保存期限可超过一年。该研究组在之前已采用过一些不同种类的动物细胞用于血管培植,包括用于狗类心脏搭桥手术的犬培植血管类型。
目前,在发表于《科学转录医学》(Science Translational Medicin)期刊上的一篇报告中,研究者首次采用人类细胞培植出了血管。他们利用此血管将狒狒的一条动脉和一条静脉连接起来,构造出一种称为瘘管的结构,以模拟血液透析患者所需要的透析装置。血液透析患者需要在这样的一个连接体中每周注入一个针状物2-3次,以过滤血液。同样,虽然此血管以前的形式需要等候几周的时间,在此期间利用患者自身的细胞使得血管内部“个性化”,以降低这些血管凝血的可能性,但是这些透析血管不需要做这样的处理。
“这意味着,它们可以立即用于患者的治疗。”生物医学工程师香农·达尔(Shannon Dahl)说。她和尼克拉森以及另一位同事创立了一家名叫慧尔曼赛特(Humacyte)的公司,以帮助将此技术带入市场。慧尔曼赛特公司最初计划是在血液透析患者中测试该技术,但达尔谢绝提供有关临床试验的计划表。
研究者最终的希望是在心脏手术中试验此血管,但是他们首先想要表明的是,此技术是安全且有效的。“我想将此人造血管用于冠状动脉搭桥手术中,但是,首先我们必须要证明,在其他解剖结构位置上,这是一种良好、安全的疗法。”尼克拉森说。如果存在感染或其他问题时,血液透析移植要比心脏搭桥移植容易替换的多。
在开展人类试验之前,研究者采用狒狒进行的试验同样提供了重要的附加支持,康奈尔大学(Cornell University)从事生物材料学研究的化学工程师大卫·普特南(David Putnam)说。原因就在于,狒狒体内的血流量动力变化是反映在人类试验中会发生什么状况的良好模型,他说。“他们十分谨慎地进行着这项工作。他们用非常牢固的砖块建设着一个房子,”他说。“而接下来的工作就是在人类中开展此项试验了。”
播种人类细胞,收获人造血管
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