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11种在实验室中培养的人体器官(生殖器、肝脏......)

2016/01/28 来源:生物探索
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导读
器官和身体部位的再生已经超越了人类生物学的范畴。但近年来,科学家们已成功地培养出了一些人体结构或人体类器官。本文盘点了在实验室中培养的最常见的11种人类器官。


图为实验室培养的尿道

在自然界中,缺失的器官再生并不稀奇,例如海星和蝾螈是众所周知的器官可再生的“超级动物”,然而海星和蝾螈并不是唯一器官可再生的动物,斑马鱼的心脏可再生,扁虫的头部也被证明可再生。那么对人类来说,失去的器官就永远失去了吗?还是别有说法?

在人体内,单个细胞因衰老被不停地替换,这样的过程持续于人类的一生,人类皮肤就是一个可再生的最常见的器官。根据美国化学学会的分析,事实上人类皮肤外层在每两到四周就会脱落一次,人类每年大约失去510克的皮肤细胞。

器官和身体部位的再生已经超越了人类生物学的范畴。但近年来,科学家们已成功地培养出了一些人体结构或人体类器官以及一些小型人体器官——“类器官”。以下为在实验室中培养的最常见的11种人类器官。

输卵管


图片来源: MPI f. Infection Biology

柏林普朗克感染生物学研究所的科学家培育出了链接卵巢和子宫的人类输卵管的内层细胞层。研究人员于1月11日发表声明表示此“类器官”可发展成为与输卵管尺寸与形状一致的器官。

Minibrain(小型大脑)


图片来源: The Ohio State University

美国俄亥俄州立大学的研究人员利用皮肤细胞培养了橡皮擦大小的大脑,其形状和基因组成与5周龄胎儿的大脑基因相似。研究人员于2015年8月18日在一份声明中表述,该器官拥有神经元信号传导的功能,如轴突和树突一样。

Miniheart(小型心脏)


图片来源:Image by Zhen Ma, UC Berkeley

加州大学的研究人员将干细胞诱导发展成为心脏肌肉和结缔组织,组成微小的心房并能“跳动”,相关结果于2015年3月份发表于《Nature Communications》杂志上。研究人员表示,该技术可助于快速筛选治疗心脏出生缺陷的药物,并指导孕期药物的使用。

Minikidney(小型肾脏)


图片来源:Minoru Takasato

澳大利亚的科学家团队培育了微型肾脏,首次将干细胞分化形成含有三种不同类型肾细胞的器官,研究人员表示将根据正常肾脏的发展方式来培育该器官。在上图中,三种颜色代表了形成“肾单元”的不同种肾细胞。

Minilung(小型肺)


图片来源:University of Michigan Health System

一日前,研究人员成功开发了3D肺类器官,可发展成为支气管、气道结构或费囊。该研究作者密歇根大学医学院的内科医学、细胞和发育生物学教授Jason R. Spence表示,这些“小型肺”可模仿真实组织的应答,且可作为器官随疾病变化的研究模型,“小型肺”可在实验室中存活超过100天。

Ministomach(小型胃)


图片来源:Kyle McCracken

研究人员大约花了一个月的时间在培养皿中培养了“椭圆形、中空结构”类似于胃的器官。辛辛那提儿童医院生育生物学教授Jim Wells表示,该器官直径0.1英寸,可帮助科学家研究细菌所导致的胃部疾病的治疗。

阴道


图片来源Dr. Yuanyuan Zhang, Wake Forest Institute for Regenerative Medicine

2014年4月,发表于《柳叶刀》杂志上的论文表示成功移植了实验室培养的阴道,研究人员通过在阴道形状支架中利用患者的细胞来培养人工阴道。该技术曾于早些年用于4个女孩以及13-18岁的年轻女性身上,以纠正先天性阴道和子宫缺陷。接受该技术的青少年8年后进行了器官检查,结果发现移植的阴道正常运作,并可进行无痛性交。

阴茎


图片来源:Wake Forest Institute for Regenerative Medicine

维克森林再生医学研究所的研究人员利用兔细胞来培育阴茎勃起组织,并将实验室培养的阴茎移植到雄兔子体内,并能成功进行交配。然而该过程还属于实验阶段,要获得FDA批准还需进一步扩大研究,同时美国武装部队再生医学研究所也提供了资金资助。

食道


图片来源:Macchiarini et al.

俄罗斯库班国立医科大学的一组国际科学团队在食道支架上利用干细胞来培育能运作的食道,并将其植入10只老鼠体内,研究人员通过10000次充气和放气测试了其功效,结果发现培育的食道可取代20%的原始动物器官。

耳朵


图片来源:Lindsay France/Cornell University Photography

科学家通过在耳朵模型中将活细胞培育成人类耳朵,实现人类耳朵的3D打印。研究人员通过利用三维软件对儿童耳朵建模,并将建好的模型发送到3D打印机上,创建了耳型模具。有了耳型模具,科学家只要在其中注入活的耳朵细胞和胶原蛋白,便可打印出一只活生生的耳朵,科学家将打印出来的耳朵植入老鼠身上以检测其形状的变化。

肝脏细胞


图片来源 :Yaakov Nahmias

肝脏是人体内最大的器官,可在适当的地方进行修复和再生。但在身体之外的地方,这种行为将面临巨大的挑战。目前科学家已证实很难培养肝细胞并保持其活性。德国及以色列的科学家首次在实验室成功培养出肝细胞,并于2015年10月26日在《Nature Biotechnology》杂志上发表了他们的研究成果。研究人员表示,尽管这还不是一个成熟的器官(或细胞器),但该研究给临床带来了重大的希望。

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