每年全球有数以千万计的人不幸成为各种意外事故和重大疾病的受害者,看着那些残缺不全的躯体,我们多么希望医生能像汽车修理工一样用闪闪发光的新零件替换那些损坏的“旧零件”。感谢科学,使我们能把这个梦的一部分转变成了现实。
我的血管是真丝的
人造血管是人们的最早尝试。1887年有人用象牙管子替代血管,1900年出现了金属镁血管,其后有大量的用各种金属和玻璃制造血管的试验,但无一成功。最大的困难是凝血问题,即便人们在这些管子的内壁上涂上蜡和各种其他材料,都无法阻止血液的凝固。上世纪50年代初,人们用化纤材料维纶编织成血管,获得了成功,其后尼龙、奥纶、涤纶甚至蚕丝都用来制作人造血管。这些材料的表面充满了褶皱和空腔,血流中的纤维蛋白原在凝血酶的催化下变成纤维蛋白附着在这些人造血管的表面,继而生长成一层假内膜,阻碍了其他血细胞与人造血管的接触。目前,人造血管的流行“面料”是聚四氟乙烯或者它的类似物。聚四氟乙烯其实并不是什么稀罕物,厨房里也经常可以看到它,它的商品名叫做“特氟龙”。
铮铮铁骨
最早的人造骨骼材料是金属,不锈钢是人们的第一选择。稍后又有钴铬钼合金,这是制造坦克装甲的材料。后来,钛成了人类的宠儿,它比铁坚硬,密度却只有铁的一半,而且极为耐腐蚀,因此至今仍然是人造骨骼的主力。陶瓷的结构跟人类骨骼的结构比较类似,而且陶瓷与人体的亲和力很好,因而氧化铝陶瓷之类的材料也成为人们制造骨骼的选择。相比金属材料,碳纤维复合材料更轻更坚韧,其强度甚至高于“天然”骨骼,弹性也与之接近,所以也是人造骨骼的优质材料,当然价格不菲。
相比骨骼,关节要更复杂一些。耐磨润滑是人造关节首要考虑的问题。金属材料对金属材料磨损率较高,磨出来的金属碎屑更是严重危害身体健康,因此,目前全金属的人工关节已经不再使用了。相比金属,塑料似乎与骨骼相去甚远,但一种名为超高分子聚乙烯的材料确实是制造关节特别是髋臼的重要材料。
有了人造骨骼和人造关节,下一个问题是怎么把它们与原有的骨骼连接起来。生活中,人们对付断裂的东西,最好的帮手就是胶水,骨科医生也发明了各种粘骨头的胶水,不过一般叫它们“骨水泥”。最常用的一种骨水泥普通得让人难以置信,相信爱动手的居家男人都用过一种叫做“哥俩好”的胶,它的化学名字是丙烯酸酯。
一颗冷酷的心
1969年4月4日,美国休斯敦得克萨斯心脏研究所,医生们给一位垂死的心脏病人换上了一套机械心脏,靠这台气动心脏,病患苏醒过来并感觉良好。这种把机械心脏用作等待心脏移植备份的手术共进行了84例。
时间到了1982年12月2日。病人是退休牙医克拉克,植入他体内的是一颗名为扎维科7型的完全人工心脏,这次是永久性尝试。扎维科7让老克拉克吃了他的第62个生日蛋糕,手术后他又活了112天。
以上这些人造心脏无一例外的都需要有通气管或者电源线穿过皮肤。真正意义上的完全体内植入心脏是AbioCor,按照某些媒体的说法,它是一个由钛、塑料和导弹科技组合成的装置,重约一公斤。它的革命性突破在于采取了无线供电技术,通过埋植在腹部皮下的一个接收器获得体外电池供给的电能。此外,它还内置了一个可以连续供电半小时的可充电电池,这样一来,病人就可以摘掉体外电池享受洗浴的快乐,不过别洗得忘记了时间,超过半小时就麻烦了。
小耗子,一只耳
1997年,一张照片震惊了世界,照片里,一只浑身光秃秃的老鼠背上赫然长着一只人耳。
这个故事开始于1989年,查尔斯·瓦康提正在做一项软骨培养实验。某一天,他的一位助手告诉他,最难做的软骨,莫过于人的外耳。瓦康提接受了这一挑战,并最终制造出了外耳的模板。接下来就要把它种到“土壤”里,瓦康提和他的同事选择了裸鼠。裸鼠生来没有胸腺,这使得它对于任何外来的细胞都没有反抗能力,从而成为了研究肿瘤和移植的最好样本。在裸鼠无私的滋养下,牛软骨细胞逐渐长满了人耳模板,并逐步将其降解,最终成为了一个长在老鼠背上的“人耳朵”。
这种方法的难点之一就是构建模板过于复杂,于是有的科学家另辟蹊径。2008年11月,《柳叶刀》报道了一例人造气管移植的成功病例。医生们也提取了病人的成软骨细胞,但他们没有费力制造模板,而是从一具捐赠的遗体上切下7厘米长的气管,然后用各种酶消化掉了其中的细胞,仅仅留下细胞外基质,这是一个完美的模板,同时由于没有任何细胞,用这个模板生成的新气管也不会出现移植排异反应。
好消息是科学家们已经不满足用这种方法制造气管这样简单的零件。美国明尼苏达大学的多丽丝·泰勒同样使用全器官脱细胞化把大鼠和猪的心脏处理成“模板”,然后种上大鼠心脏细胞的种子,培养第八天后,这颗全新的心脏开始了搏动。