日本開發出完全由人類細胞製成的人工血管

2019/10/23


       為了治病而不斷打點滴和進行人工透析、血管變得千瘡百孔的人不在少數。日本佐賀大學的教授中山功一等人成功製造出100%以人類細胞製成的人工血管,計劃最早在2019年度內啟動移植到人體的臨床研究。與人工材料相比,以人類細胞製成的血管更容易適應活體,而且耐用性更強。到2030年代,血管移植有可能發生顯著變化。

 

以佐賀大學開發的方法製成的人工血管,最長可達7厘米

 

       5月,中山發佈了與日本慶應義塾大學合作、把使用人類皮膚細胞製成的血管移植到豬身上的成果。在消除免疫排斥的豬的脖子上,移植了中山開發的5厘米長的血管。據悉確認到在最長20周時間裏血管保持穩定且有血液流經、或新生長的情況。不斷接到表示想嘗試使用等的諮詢。

 

       這種技術被稱為「生物製造」(Bio-Fabrication),指的是使用活細胞立體化地進行組裝和成形的技術和研究整體。這種技術的構想早就存在,開端是20世紀初,從海洋生物海綿中提取出的細胞自主聚集、形成立體結構的現象被發佈。進入21世紀後,由於iPS細胞等的技術開發和3D印表機的使用等推動,研究迅速加速,還舉行了相關學會參加的國際會議。

 

       中山自1990年代末期開始進行研究。著眼於培養人類皮膚的成纖維細胞並使之增加、將形成立體團塊這一點,在成纖維細胞達到約1萬個時,成功實現直徑0.5毫米的大小。

 

       中山獲得金屬加工公司的企業,開發了像插花用具「劍山」(由許多根粗針固定在金屬底座上製成)一樣的器具。他還自學編程,編寫了軟體,將細胞紮在以圖像識別技巧瞄準的位置上的針上。將這些結合起來,細胞的團塊可從培養皿中一點點被取出,按設計的個數和位置堆起來。中山花費10年左右,掌握了製成血管形狀的技術。

 

       中山還開發了以細緻工夫使之類似於真實血管的技術。剛製成的人工血管表面呈現凹凸狀態,但中山使用自主開發的培養液,使之在數天內變均勻。

 

       採用人類細胞的血管的最大特徵是柔軟性和彈性。在約1個月裏給予營養成分,加以培養,還提高了耐用性。在實驗中,血管能承受高血壓患者的10倍以上的血液流動。此外,與現在作為移植用血管使用的聚氨酯等材質的軟管相比,因採血等而形成的孔洞更容易堵住。

 

       研究團隊正在向日本政府申請向糖尿病患者移植血管的臨床研究計劃。中山表示,「應該會更加結實、容易使用」,對臨床應用顯示出期待。

 


 

       由於完成度很高,應用於血管以外的討論也正在擴大。在與京都大學的共同研究中,將人工血管用於連接斷裂的神經,神經連接得比現有方法更加牢固。中山表示,「似乎還具有分泌營養等現有手法使用的強化材料所沒有的優點」。此外,還在與長崎大學推進應用於食道的研究,與名古屋大學推進應用於輸尿管的研究。

 

 

       據悉,世界範圍內有160多家開發像佐賀大學那樣組裝細胞的技術的企業等。在開發競爭日趨激烈的背景下,中山等人一直追求「以100%人類細胞製成安全性強的血管」。

 

       1990年代,美國的一項研究招致非議。該研究以做成人耳形狀的聚合物材料為骨架,培養軟骨細胞,連同聚合物植入小鼠的皮膚下。由於外觀可怕而受到批評,但這一研究顯示出使用這類輔助材料有望製成目標器官的形狀。

 

       之後,容易適應活體的聚合物等材料開發也取得進展,將人工材料的骨架和活細胞組合起來、製造立體化組織的研究加速,還出現了實用化的情況。此外,人工材料本身的改良也在推進,有用性也獲得認可。不過,安全方面的課題依然存在,包括人工材料的耐用性和在生物體內殘存過長時間等風險,而且不能保證沒有傳染病風險等。

 

       採用人類iPS細胞等的立體器官製造技術作為再生醫療被看好。佐賀大學的技術或將成為從人工材料和細胞的配合向僅有細胞的立體組織過渡的試金石。

 

       日本經濟新聞(中文版:日經中文網) 豬俁里美

 

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