机械性人造心脏
机械性人造心脏
生老病死是谁也摆脱不了的自然规律。有的人生来就缺胳膊少腿，还有一些人在意外事故(如车祸、疾病等)中失去了某个器官，更多的老年人因为器官病变而在病痛中度完余生。不少善良的科学家正在为解除人们的痛苦而努力工作着，如美国科学家近年来在实验室中成功培育出膀胱组织，并顺利移植到7名患者体内。在不久的将来，换一个正常而健康的器官不再是科幻小说中的梦幻情节了。
贴身定制人体器官
据统计，仅在美国每年有数百万的患者患有各种组织、器官的丧失或功能障碍，每年需要进行800万次手术，年耗资400亿美元(我国人口基数远远超过美国，涉及的手术则更多)。最近几年，实施比较多的是把别人的器官移植到患者身上，在牺牲他人器官的基础上满足患者的需要，以伤治伤。这又带来两个问题，一是患者自身的免疫系统对外来器官有排斥作用，被移植器官的成活率很低；二是捐献器官的人太少，许多需要供体的患者因没有找到合适的供体，遗憾地离开人间。
能否找到一个两全其美的办法，既不损害别人，又能保存自己？于是，科学家们利用细胞生物学、分子生物学以及组织工程学等新技术，研究用人工培养的办法培育出人体需要的正常组织。就像工厂生产零部件一样，根据患者的缺失情况，量体裁衣，需要什么培育什么，起到人体正常组织所能起的作用。
“种植”出一个人造器官
英国著名医学杂志《柳叶刀》网站4月4日公布的一份研究报告称，美国科学家已经在实验室中成功培育出膀胱组织，并顺利移植到7名患者体内。研究人员首先切除患者膀胱的不良组织，从中分离出肌肉和膀胱壁细胞。然后，他们将这些细胞置于实验室中膀胱形的支架上繁殖7周，使细胞数量从几万个增加到约15亿个。然后，研究人员将"种植"的膀胱组织通过外科手术与患者原有膀胱的剩余部分缝合到一起。
通俗地讲，那些“制造”人造膀胱、心脏、肝脏等器官的生物学家就像建筑师，他们首先制定构建某种组织或器官的设计图，并由生物学家按照图纸要求制备一种特殊的骨架，这种骨架具有降解特性、降解后对人体无害，并能提供细胞生长的环境。生物学家将人体细胞“种”在骨架上，并提供合适的生长因子，让细胞分泌出建造组织或器官所需的细胞间质，就犹如细胞在骨架上逐渐长出“墙壁”、“地板”、“天花板”。最后，作为骨架的生物材料在细胞培育过程中逐渐降解而消失，组织或器官的建造便大功告成。
人造器官有三个种类
人造器官主要有三种：机械性人造器官、半机械性半生物性人造器官、生物性人造器官。
机械性人造器官是完全用没有生物活性的高分子材料仿造的器官，并借助电池作为器官的动力。例如，日本政府推行一项被称为"人体建筑"的用纳米技术开发人造器官的计划。研究人员首先要研制出和人类感觉器官相媲美的传感器，然后把这些传感器制成薄膜状或纤维状植入人体神经和脑相连接，这种人造器官能处理大量信息。目前，研究人员已经利用纳米技术研制出人造皮肤和血管。
半机械性半生物性人造器官的研制将借助电子技术与生物技术的结合。德国已有8位肝功能衰竭的患者接受了人造肝脏的移植，这种由匹兹堡大学开发出的人造肝脏是电子技术在医学前沿的一次开拓，它将人体活组织、人造组织、芯片和微型马达奇妙地组合在一起，既非传统的人体器官，亦非纯粹的机器，预计在今后十年内，这种仿生器官将得到广泛应用。
生物性人造器官则是借助生物工程学的一些最新成果，利用动物身上的细胞或组织“，制造”出一些具有生物活性的器官或组织。生物性人造器官又分为异体人造器官和自体人造器官。比如，在猪、老鼠、狗等身上培育人体器官的试验已经获得成功；而自体人造器官是利用患者自身的细胞或组织来培育人体器官，如上文提到的人造膀胱就属于自体人造器官。
前两种人造器官和异体人造器官一样，移植后会产生排异作用，所以这三种方法都不是长久之计，人造器官研究最终的目标是患者能用上自体人造器官。
50年培育出所有人体器官
自体人造器官的研究虽然仅有10多年的历史，由于其重大的科学意义、巨大的临床应用前景、潜在的开发价值，世界各国科学家、企业家、政府都十分重视这个领域的研究。目前，科学家们对数十种自体人造器官进行着深入的研究，有些已经取得突破性的进展。例如，法国科学家从心肌梗塞患者的肢体上取出肌细胞，在体外进行增殖培养，然后再把它注入到患者的梗塞部位，以代替梗塞的心肌细胞。德国汉诺威医学高等专科学校的赫尔穆特 · 德雷克斯勒教授，率先从心机梗塞患者的骨髓中提取干细胞，经过一系列特殊处理后，这些患者的自体干细胞通过特制导管被植入发生梗塞的心脏动脉中。试验结果显示，接受新疗法的患者其心脏能够自行康复，并可以再生心脏肌肉组织。
由于自体人造器官的研究发展得很快，美国生物学家、诺贝尔奖获得者吉尔伯特认为“：用不了50年，人类将能够用生物工程的方法培育出人体的所有器官。”目前自体人造器官领域已形成40亿美元的产业，并以每年25%的速度递增。
“器官种植”的难题
要使50年后移植自体人造器官成为普及性的医疗手段，目前在"器官种植"方面还需要解决不少难题。首先，科学家对再生过程中的基础生物学原理还理解不充分，因此还不能生产特别理想的人造器官；其次，如何获得可靠的细胞来源，并使其能在体外大量快速繁殖增长；第三，目前还缺乏理想的仿生材料作为制造人造器官的支架，这些材料要求可被人体吸收，并在降解后对人体丝毫无害，不留任何后遗症；第四，如何让人造器官具有生物活性是最大的难题。我国“973”组织工程学首席科学家曹谊林教授(1998年曾在老鼠背上培育出人耳)坦承，现阶段复制出的耳朵或是骨骼，只解决了组织器官的组织架构，没有神经和血管分布，缺乏相应的生物活性。
目前的机械性人造器官的价格也太贵，一般换一个机械性人造器官的花费都以万元来计数，普通老百姓难以承受这样的费用。比如，国内患者更换一个从国外进口的人工机械性心脏瓣膜，总的花费大约为12万元。然而，性能更加优良的自体人造器官的花销将更大。由于自体人造器官完全是采用患者自身的细胞为原料，基于每个人的个体特征都不一样，自体人造器官只能进行个性化的生产，无法进行大规模的生产，这势必增加生产成本。因此，自体人造器官产业还将面临着一个如何降低生产成本的问题，否则它就只能是富人才能享受到的科技成果。
人造纳米骨