人工肺移植全球首例 活體豬實驗成功

by:時穿
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最近,有研究團隊表示,他們在活體豬身上成功完成人工肺移植實驗。或許在不久的將來,人工肺就能成為肺部器官移植的解藥。

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圖為研究團隊的妮可拉斯(右)和科提拉(中)拿著他們成功培育出來的人工肺組織。

Photo: The Henry Fords Innovation Nat

人工肺或許是解藥

在美國,每年都有數千名以上的患者接受肺部器官移植。然而,經過移植的器官組織很脆弱,患者的五年存活率只有 50-60%。

器官移植的問題,除了病患需要經過長時間等待才能排到順位,好不容易等到了可以移植的活體器官,還需要擔心病患的免疫系統會不會排斥新的器官。為了要降低病患體內出現排斥反應,服用免疫抑制劑還有可能提高病患感染的風險。

上述種種因素,讓不少需要進行器官移植手術的病患,不是等候補的時候過世,不然就是在接受移植之後出現併發症狀。為了要解決上述問題,人工肺或許是解藥。

人工肺移植成功首例

2014年,德克薩斯大學醫學分部(University of Texas Medical Branch, UTMB)的研究團隊,在研究室裡面成功打造出人工肺。

近日,同一組研究團隊在《科學轉化醫學》發表的文章中指出,他們已經成功將人工肺移植到活體豬身上。而這也是人工肺成功移植到活體生物的首例。

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圖為研究團隊打造人工肺的流程圖,右上角的C和D圖為「豬肺支架含豬肺細胞」放進生物反應器的樣貌。

Photo: Akos Nyerges

小動物移植失敗

在過去,曾經有研究團隊嘗試在小型動物體內進行人工肺移植手術,但最後這些小型動物都因為血管組織或因為肺水腫(oedema),而在移植後數小時內死亡。

為了要改善這個問題,研究團隊的德克薩斯大學醫學分部麻醉科醫師科提拉(Joaquin Cortiella)表示,他們在進行移植之前,已經先讓人工肺發展出更完善的血管分布(vasculature),才進行這次的移植手術。

先用死豬肺打造蛋白支架

人工肺在製作上,必須要先取下一整個完整的死豬肺,再利用糖和特殊的清潔劑將既有的豬肺細胞、血管洗掉,只留下豬肺的膠原蛋白、彈性蛋白等蛋白質所組成的豬肺支架。

在生物反應器靜待30天

接著,研究人員取出等待器官移植的豬的幹細胞,並移植到這個豬肺支架裡面,整組「豬肺支架含豬肺細胞」在研究團隊特製的生物反應器(bioreactor)裡面接受生長因子的刺激 30天後,就能讓這個人工肺發展出血管和肺泡組織。

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圖為運轉中的生物反應器。人工肺在生物反應器靜待 30天後,就能發展出血管和肺泡組織。

Photo: SynerG Media

移植後還要進一步追蹤

在人工肺成功移植到活體豬的體內後,研究人員利用電腦斷層造影(Computed Tomography, CT)和核磁共振攝影(Magnetic Resonance Imaging, MRI)進一步追蹤這些人工肺移植到豬體內後的發育情形。

沒有排斥,還多了微生物聚落

結果發現,這些豬在移植完人工肺之後不但沒有出現排斥反應。這些人工肺的血管和肺泡組織還在豬體內持續發育了 2個月,在這些人工肺部還形成了肺部微生物群的聚落。

諾丁漢特倫特大學科學與科技學院的教授杭特(John Hunt)解釋道,這表示人工肺促進了豬體內的血液供應,進而使得肺部微生物群能夠形成聚落。

2個月的時間不夠發育

然而,這次的實驗只有替 4頭豬進行人工肺移植。而且在實驗設定上,這 4頭豬分別在移植後 10小時、2周、1個月和 2個月執行安樂死,這是為了要讓研究人員能夠仔細檢查在人工肺完成移植之後的發育情形。

研究團隊的內科醫生妮可拉斯(Joan Nichols)表示,雖然在人工肺移植之後,這些豬體內的血氧含量達飽和,但「我們沒有辦法評估人工肺提供了多少氧氣給這隻動物」,而且 2個月的時間不足以讓人工肺發育完全。

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圖為研究團隊的妮可拉斯(中)和科提拉(右),他們正在接受地方電視台的採訪。

Photo: UTMB Health

理想實驗要超過一年

妮可拉斯也說,如果要證明這些動物是否能仰賴人工肺提供的氧氣來生存,就需要再次進行同樣的實驗。

她表示,理想的人工肺移植實驗要讓人工肺移植豬在移植之後存活 6-12個月,再關閉豬原本的肺部功能,這樣對於人工肺移植豬來說比較不會造成傷害,如果這些人工肺移植豬在關閉原本肺部功能還能存活,這才能代表人工肺足以讓生物體存活。

缺資金,也缺生物反應器

研究團隊的科提拉說:「我敢說,在 5-10年後你會在某個地方看到某個人獲得了人工肺」、「我們真正需要的是可以適當地培育出組織的生物反應器。」

妮可拉斯也說,如果她們能夠募到足夠的資金,就能進行接下來的臨床實驗。她說:「這個計畫花了 15年才走到今天,我們很高興我們做得很好」、「但我們現在已經累了。」


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參考資料:
01 Engineered pig lung transplant 'a success'
02 BIOENGINEERS ARE CLOSER THAN EVER TO LAB-GROWN LUNGS
03 Lab-grown pig lungs are great news for the future of organ transplantation