終於成功了！《Science》子刊：人工肺成功移植入大型動物體內

目前世界範圍內的器官再生組織領域均面臨一個令各國研究者頭痛的問題——如何在人造的組織器官內嵌入數量龐大且細小的微血管系統。

為了深入了解再生組織器官內微血管系統植入的相關影響因素以及促進人造組織器官的發展，來自德克薩斯大學醫學分校（University of Texas Medical Branch，UTMB）的 Joan E. Nichols 博士通過組織工程人造肺的豬實驗，成功解決了微血管的世界難題，同時也將人造肺成功植入實驗豬體內。

該項目負責人 Joan E. Nichols 博士是德克薩斯大學醫學分院加爾維斯頓國家實驗室的教授兼中心副主任。自 1985 年以來，她一直參與研究微生物致病菌對人體免疫反應變化的研究項目。同時使用成人和胚胎幹細胞以及組織工程技術來生產人類離體類組織器官。通過這些類組織器官，她所在的研究中心可研究疾病發病機制和人類對呼吸道病原體的反應。

先前人工肺的構建已經實現將在無細胞肺支架上產生的全生物工程肺（BELs）移植到小動物模型中，但由於血管內凝血和內皮屏障功能缺陷，導致動物模型出現肺水腫和呼吸功能衰竭。移植後沒有可取的方法使 BELs 長期保持活性並維持實驗動物的長期存活。

氣體被動擴散實驗證明，非血管化肺在沒有血管支持的情況下可以存活一段時間。Nichols博士使用從左肺全肺切除術分離的自體細胞產生 BELs，首先從活體的肺中提取各種細胞，如對血管生成有促進作用的間充質細胞。然後將這些細胞種植到特殊的無細胞肺支架上，在這一支架上「培育」出全新的肺組織，同時對相應的轉錄因子加以調控進而促進肺內微血管系統的生成。

長期組織工程培養的另一大問題就是不可避免的污染，尤其是肺組織的重建，由於肺組織需要長期進行氣體交換，在新重建的生物肺中出現細菌病毒等污染十分常見。為此，Nichols 博士率領其研究團隊在重建肺泡及微血管系統的同時，在整個全肺重建過程中也重建了組織工程肺的免疫系統，以此來抵抗各種病原體的感染。

迄今為止，再生領域僅設計並培育出了少數的幾個組織器官。這項工作不僅需要對組織器官本身進行生物工程培育，還需要對維持這些組織器官長時間存活且發揮正常功能的維持系統進行工程化培育。該研究最大的意義在於開發出基於生物工程肺的微血管系統，最終的實驗結果表明在所有存活 2 周的實驗動物體內移植的工程肺均觀察到了血管側枝循環的產生。

同時在各個研究時間點的移植動物模型上，並未觀測到以血管周圍和內皮下單核浸潤或淋巴細胞性支氣管炎和細支氣管炎為特徵的急性肺組織免疫排斥。在整個無菌性工程肺的植入過程中，研究者藉此機會對肺部原生的微生物菌群的演變產生過程有了更加深入的了解。這些發現代表了移植生物工程學的重大進展。

雖然這一研究在組織培養領域有重大的意義，但其研究本身也存在一些局限性。

第一個局限性在於移植實驗動物的數量不足，無法滿足相關基因檢測的要求。因此，Nichols 研究團隊只能從其他研究結果中尋求基因檢測結果的支持。

另一局限性在於在進行BEL 移植後，實驗動物的觀察研究時間僅為 2 周。應該在此基礎上儘可能延長觀察研究時間，以評估在完全依賴移植肺條件下實驗動物的存活情況。

因此，未來的研究將集中在如何保持 BEL 在體內持續存在和通過肺動脈和肺靜脈建立整個工程肺的血流灌注。

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