人体组织工程师一直在不断努力，力图为透析患者在实验室里造出一个完全由患者自身细胞而来的新肾脏，这样患者就不用苦苦等待捐赠者的器官，况且患者的免疫系统还可能对捐赠器官产生排异。同样地，糖尿病患者也在等着移植科学家在实验室制作出胰腺组织，从而使自己的身体获得再造胰岛素的能力。但人体组织工程研究进展缓慢，主要是因为生物工程师们目前仍不能复制人体组织的复杂结构。

 

不过，令人高兴的是，现在美国哈佛大学和麻省理工学院的研究人员通过采用自下而上地创建“活体积木”（livingLegos）的方法，已在朝向构建人体复杂结构方面迈出了重要一步。这些不同形状的构造模块、生物兼容性胶体和细胞镶嵌在一起，就能自组装成人体组织的复杂结构。

 

美国哈佛医学院的生物工程师阿里·萨达姆侯赛因表示，活体组织具有重复的功能单元，以肝脏为例，它是由重复的六角叶构成的。每一个有一根中央分支血管负责过滤血液，这根血管和分支被滤毒细胞包围着，而这些细胞四周则布满血管将过滤血液运送至其他器官导出的血管。人体组织工程学的传统方法依赖于细胞自组装和再造结构。生物工程师们在聚合物支架外部“播种”细胞，希望它们能迁入支架内部并组织起来。细胞虽在一定程度上可自我组织，但这种自上而下的努力以往取得的成效却非常有限。

 

而新方法则试图通过仔细控制细胞组织自下而上地再建复杂的组织结构。研究人员将细胞混入一种称为聚乙二醇的生物兼容性聚合物溶液，然后将混合液倒入各种块状、星状、球状或任意形状的模具中。当暴露在闪光下时，这些聚合物模块就会凝固。这些“活体积木”于是就能用于构建成更为复杂的结构，搭建起来的复杂结构再经闪光照射就又能结合在一起。但这样的组装过程非常辛苦，因为每个模块大约只有100微米宽。

 

于是，研究人员想出了一个简单的两步法来实现“活体积木”的自组装。在7月15日的美国《国家科学院院刊》（PNAS）上公布的这个方法就是基于水油不相溶的基本原理。当水掉落到油池中时，会形成一个球体，这种形状最大程度地减少了水与油的相互作用。聚合物构建模块是亲水性的，所以当研究人员将模块放入矿物油的搅拌池中时，这些模块会簇拥在一起以尽量减少与油的接触。这些聚合物模块组装成了树枝、方块和其他形状，经另一次闪光照射后就能结合在一起。通过改变构建模块的大小和形状及搅拌速度，最后形成结构的组织就能人为地加以控制。

 

通过重复这个过程，研究人员就能构建出越来越大的结构，从而再造出贯穿组织的血管等。通过像钥匙和锁配在一起来混合不同形状的构建模块，就能构造出更复杂的结构。比如，哈佛大学研究人员制作出的球形模块就能滑进星状模块的角落里。

 

美国约翰霍普金斯大学的材料科学家毛海泉（音译）称，这是一个可将细胞放至任何希望位置的有效方式。使用这种新方法，完全有可能生成高度复杂的组织，相比之下，利用支架的方法则必须用细胞来“播种”。美国密歇根大学的生物医学工程师高山秀一也表示，研究取得的初步成果非常鼓舞人心。过去，研究人员已能成功地自组装材料，但完成的是像电脑芯片这样的非生物学应用，这次却真正实现了自组装生物材料。但高山秀一也提醒说，这项工作还处于早期阶段，要将其推广至更大、更复杂的结构还面临着很多的挑战。

 

研究人员指出，自组装细胞模块也可用来研究毗邻细胞在生长过程中是如何相互影响的。构建更复杂的结构，并不是人体组织工程师面临的唯一难题。他们还需要更好地了解化学和环境信号，如到底是什么影响了干细胞决定成为肝细胞或是血管细胞，这将有助于他们在实验室中从干细胞生成组织。另外，自组装细胞模块还可用来研究生物机体组织环境是如何影响干细胞的。

 

目前，研究人员正在努力制作出更复杂的自组装结构，以再造出肝脏、胰腺和心肌的重复功能单元。（来源：科技日报 冯卫东）