1957年，托马斯 · 张（Thomas Chang）在加拿大蒙特利尔，麦吉尔大学读大学最后一年级。当时，他很想搞一个研究项目来表明他在医学和生物工程方面日益增加的兴趣，他做出的回答既是头等的朴实，又富有理性的雄心，他要制造第一个人造细胞。

张从校园的一个实验室里搜寻了一些纤维素的硝酸盐及血红蛋白，利用一只廉价的喷香水器达到了目的；“制造”了一个直径1毫米的细胞，把血红蛋白包裹在一个薄的塑料膜里。

今天，张是他们母校麦吉尔大学的生理学和医学教授，担任人造细胞和器官研究中心的主任。他在当学生时的那个研究项目，如今已经发展成为一个生气勃勃的、生物医学研究与开发的领域。世界各地已经有了70多个研究团体。

尽管人造细胞的研究和应用如今是微生物、化学和生物技术的复杂结合，但其概念仍像张最初的认识那样简单。张说：“人造细胞是基本的人造微观结构，和生物细胞大小差不多，有生物细胞的某些生物特性，在此需要强调说明的是，我们不是试制生物细胞的模型，而是试制能应用在医学及生物工程方面的人造细胞。”

因为人造细胞是模仿真正细胞的某些生物过程的尝试，所以，其最终要证明它的最大用处是作为人体细胞和器官的代用品。例如，人造细胞某一天可能为糖尿病人制造胰岛素，代替人血进行输血，或者成为制造人造肝脏和人造肾脏的“积木块”。无论将来把它们用于哪方面，所有人造细胞生产中关键步骤是造出无毒的细胞膜。研究人员现在能够初步合成具有30个不同聚合物和几十种蛋白质的人造细胞。

1961年一次偶然的发现，把类脂化合物也加到制造细胞膜的材料名单上去了。剑桥动物生理研究所的A. 邦翰姆（Alec Bangham）在研究血凝时，形成细胞膜的磷酯分子建造了细胞的大小，放入的水填充到球中，他把这个称为脂质体。

细胞膜分子的这种混合 - 相嵌的排列，使得研究人员能改变他们所设计的细胞膜的成分和厚度。当研究人员一旦能控制膜的厚度时，他们也就控制了膜的渗透性，用这个方法，人造细胞就能根据需要排列在从高渗透性微血管到近乎不渗透的微血管上。

从理论上说，人造细胞能有效地控制任何物质：氧、药物、酶、抗体、细胞提取物、甚至细胞本身。然而，到目前为止，在常规医学应用中，这个微小的球体只能携带活性碳。碳能为药物中毒病人解除血中的某些形式的毒物。在60年代末，这种被称为“血液灌流”的过程，曾被麦吉尔大学人造细胞和器官研究中心所倡导。

在此过程中，医生使病人的血液循环通过一个装满人造细胞的圆柱体，这些人造细胞内充满了碳，当血液在圆柱体内通过时，在人造细胞表面的具有选择性渗透作用的细胞膜允许血中毒物进入细胞内，被碳所吸附。同时，细胞膜能防止碳漏出细胞外，重新污染洁净了的血液。

人工肾也能帮助需要定期进行透析的慢性肾功能衰竭的病人。按照张的操作，血液灌流减少了完成透析所需时间的三分之一。意大利和日本的某些医院开始使用这种操作，把透析治疗的时阿从每周需要12小时减少到每周8小时。为了使人工肾成为对常规透析有真正的选择性，技术必须发展成为能除去肾功能衰竭病人血中的多余的水、盐类和尿素。为了这个目的，张的研究小组正在用充满酶的人工细胞进行这项研究，在实验室里，他们利用酶去转变一些废物，如氨和尿素，使它们进入必需氨基酸缬氨酸、白氨酸和异白氨酸中去。

多酶系统也可望治疗酶缺乏性疾病，诸如苯丙酮尿症（PKU）（Phenylketonuria）。患这种遗传性疾病的病人不能把苯丙氨酸氧化为酪氨酸。如果患苯丙酮尿症的小儿在出生时没有被诊断出，因而没有及时给予低苯丙氨酸的特殊饮食，那么这些患儿就会发生脑损害及取现严重叫智力障碍。

张和他的同事L. 鲍杰特（Loui：s Bourget）在老鼠身上所进行的实验提出了一个治疗的新形式。将来，研究人员可以把对病人来说是欠缺的，或有缺陷的酶装满人造细胞，然后，把这些人造细胞注入患PKU症病人的胃肠道。它们一旦进入人体，这些起替代作用的酶就可以处理苯丙氨酸，并把它从这个系统中除去。

人造细胞注入或植入人体是这个领域许多科研人员努力的目标。在理论上，无毒的微小的囊状物可以携带某所需要的物质，而且能既不触发人体的免疫反应，也不损伤这种精心制做的囊状物里纤细的物质。例如，人造细胞携带分泌胰岛素的动物细胞，能把成千上万个糖尿病人从每天注射胰岛素的不便和并发症中解放出来。

1968年以来，在多伦多大学Connaught研究室工作的A. 桑（Anthony Sun）对植入诸如分泌胰岛素的细胞方面进行了研究，结果以植入的细胞死亡，研究进入迷途的结果而告终。数年之后，桑用一种膜是多糖藻酸盐（海草提取物）小囊包住要植入的细胞，他把这些“伪装了的胰腺”注入到患糖尿病的老鼠腹腔中，注射1次之后，就能使这些老鼠血中葡萄糖的水平稳定一年。如果一切按计划顺利进行，桑希望在两年之内开始试用于人体。

对于正在探寻一个传递药物到体内靶组织的科研工作者来说，可注入的人造细胞也是药物的“运载工具”。继伦敦查琳 · 克罗斯（Charing Cross）医学院的邦翰姆和随后的B. 利曼（Brenda Ryman）的研究之后，科学家们用微脂粒保护药物免遭降解，并把药物释放给靶组织和靶器官。

这项工作已经证明比开始所预料的要复杂。微脂粒可能是个无如的、不稳定的结构，用药物充满它是不容易的，人体的免疫系统像对待其他外来物质一样，倾向于消灭它。

尽管有这些障碍，科研人员还是把微脂粒定为抗癌药物、抗全身性真菌感染药物和抗哮喘药物的可行的运载工具。实事上，包括Ortho、Cibo-Geigy和Upjohn公司在内的10家公司向美国的食品与药物管理局申请批准他们试制14种微脂粒药物。

如果这些临床试验被批准，并能成功，就能证明微脂粒药物是非常有益的。例如，去年，据美国《化学周刊》杂志报道，工业观察家估计，到1995年以前，微脂粒药将产生二十亿美元利预计主要利润来自抗癌微脂粒药物的销售。如果治疗艾滋病的高毒性药物，如Zidovudine（AZT）能通过微脂粒更有效地、更安全地运送，那么，上述预计的利润可能还是保守的。

以人造细胞作为基础的另外一个潜在的“摇钱树”是红细胞代用品，对供给的血液有可能被乙型肝炎病毒和人体T细胞白血病病毒（HIV）（引起艾滋病的病毒）污染的日益增长的忧虑，使科研人员的注意力集中到创造一个稳定的、能普遍应用的、与人体和谐共存的血液代用品。

目前，使用合成有机物，如氧化碳来作为运载工具。令人遗憾的是，这些化学物质不能如所期待的那样工作，与真正的血液相比，它们只能运送较低容量的氧。而且，在人体内存留的时间远比所需要的要长。科研人员可以通过除去红细胞的细胞膜来消除造成一个血型同另外一个血型不相容的抗原决定簇。这样以来所得到的是不能较长时间携带氧的血红蛋白，因为缺乏必要的辅助因素——与多肽亚单位相结合形成复杂的完全蛋白质的金属离子。另外、游离的血红蛋白容易分解，并很快地从体内排出。

西德、日本、美国和加拿大的六家实验室断定：“短期的回答是交叉连结的血红蛋白。”通过化学键连接在一起的血红蛋白分子可以避免像游离在红细胞外的血红蛋白那样被分解掉，化学键合也可以加在对运输氧和二氧化碳所必需的辅助因子上。

但是，人又一次不如大自然聪明，尽管，动物研究是成功的，并且不久期望在临床试用，但是，交叉连结的血红蛋白仍旧比天然红血球所运送的氧少，要解决氧的溶解问题，可能是包着血红蛋白的微型囊状物。

几个实验室已经发现微脂粒可以有效地运送这些同生命攸关的物质，例如，张已发现负载着血红蛋白的微脂粒在啮齿动物的血液循环中维持4 ~ 20小时，他还发现当把这些动物血液的百分之九十换成微脂粒制剂（血液代用品）时，他们仍能存活，难题在于——既要使人造红细胞小到能安全地通过人体循环系统；又能大到保证完成携带足够多的血红蛋白。张对科研人员最终能克服这个难题是乐观的。

在这个漫长的期间，人造细胞的前景如何？人造合成细胞将会把太空中的宇航员的体内废物转换成氨基酸和蛋白质吗？装入微型囊中的小型外科机器人将被运送到人类外科大夫难以接近的人体区域中去吗？是否在某一天，人造细胞和器官在执行功能方面将会超过它们替代的细胞和器官？如果托马斯 · 张和他的同事获得成功，这些科学的“天方夜谭”有一天就会成为科学现实。

[New Scientist，1989年第1666~1669期]