科學家用豬肉細胞令肌肉重生
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羅恩·斯特朗中士至今記得,那個星期天是復活節。他和一隊戰友在阿富汗赫爾曼德省的一條公路上巡視,突然一顆炸彈在附近爆炸了。一同受傷的有十個美國和阿富汗軍人,而斯特朗是其中傷勢最嚴重的。他被輸了42包血,又被直升機送到了德國,在沃爾特里德陸軍醫療中心治療了一個多月。
儘管幸運地保住了雙腿,但斯特朗的左大腿上已被彈片剜去了一大塊皮肉,那裏曾是四頭肌所在的部位。回到家後,這位健壯的前海軍陸戰隊員只能很彆扭地走路,跑步則成了幻想。“經過幾個月的理療,我總算可以向後踢腿,卻沒法把腿往前送,因爲剩下的一點肌肉根本不夠用。”由於走路時總是偏向右半側,斯特朗所有的肢體都向一邊扭,膝蓋、背臀、脖子總是疼。“我最擅長的事變成了摔跤。”
但這都是兩年前的事了。如今,斯特朗能自如地走路,在跑步機上鍛鍊。他還準備找個警察的職位,也算是軍隊生活的一種延續。“如果你仔細看,會發現我走路有點跛,但所有人都想不到我還能恢復成這樣。”
從豬肉到肌肉
人們還想不到的是,幫助斯特朗的是從豬身上取下來的一塊薄片。
這塊薄片,叫做細胞外基質(Extracellular matrix)。它是由細胞製造出來的物質,可以說是動物身上的建築材料,所有的器官和組織都是靠它來支撐。多年以來,科學家一直以爲它的作用就是用來固定器官。直到有人發現細胞外基質還有一種功能:對身體發出信號,讓某些器官或組織生長和自我修復。而且,從別的動物身上取來的細胞外基質,發出的信號照樣能讓人體聽從。
修復斯特朗的腿部用的正是細胞外基質。他是第一批接受這種新療法的80名傷兵之一。這項試驗療法是由美國國防部技術轉移辦公室撥款的,在臨牀試驗成功之後,許多美國普通市民也能受惠。
匹茲堡大學醫學院的外科醫生彼得·魯賓是這項技術研究的帶頭人。去年秋天,魯賓將斯特朗大腿上的傷疤全部切除,然後將一張羊皮紙薄厚的動物組織縫在了僅存的一點肌肉上。這張東西就是從豬膀胱上取出來的細胞外基質,它主要由膠原蛋白和其他蛋白質構成。在縫合之前,研究者先將細胞外基質上的所有活細胞都剝除了,只剩一個錯綜複雜的立體蛋白質網架。這樣,人體對它的排斥程度可以降到最低。
很快,斯特朗的身體開始分解這塊基質,與此同時,基質向斯特朗的身體發出了一系列信號,將幹細胞都召集過來,讓它們開始構建肌肉細胞。儘管事先剝除了活細胞,但這塊基質還是引發了人體免疫系統的一些反應,不過這是有好處的。
“其實,你需要免疫系統發現這個東西。”研究的另一帶頭人,斯蒂芬·巴迪拉克教授解釋,“人體會說‘這玩意不是我身上的!但它告訴我應該做些修復重建工作,最好還是聽一聽。’”於是,人體在基質的激發下開始自我修復了。
細胞外基質發揮作用有個條件:得和健康的肌體組織直接接觸。這就是切除斯特朗的傷疤的原因。因爲傷疤組織沒法接通任何血管和細胞源。一旦縫合到了肌肉上,基質便可以跟隨肌肉的運動伸展收縮。做完手術第二天,當斯特朗開始做理療康復時,這塊組織會感受到機械運動的重負,然後意識到它應該變出一塊肌肉,而不是其他什麼。
指揮人體進行修復重建
“我們在試着與自然合作,而不是對抗它。”巴迪拉克教授是細胞外基質應用上的先鋒,早在二十幾年前就開始研究這種物質了。當時他在普渡大學生物醫學工程研究室。一次,在研究人造心臟的時候,他需要將血液從身體的一側運送到另一側,但巴迪拉克並不想用人造材質的輸送管,因爲那樣可能會引發血栓。
“我開始琢磨,有什麼生物組織長得像管子呢?”他回憶,“腸子!”於是,他將實驗室裏一隻名叫洛奇的狗麻醉了,將心臟附近的主動脈換成了它身上的一截小腸。(巴迪拉克承認,這種試驗放到今天肯定是很難被批准的。)
第二天上班前,他已經對最壞的結果做好了思想準備。但推開實驗室的門時,洛奇居然在籠子裏站了起來,搖着尾巴要早餐吃。“這真是太酷了!”
他們隨後對洛奇進行了檢查,發現在這段時間裏,那截腸子已經驅除了構成腸道用的細胞,轉而獲得了用於構造血管的細胞。也就是說,它已經自動轉換成了血管。“後來我們慢慢發現,這裏面起了決定性作用的就是腸子的細胞外基質。”
其實,從豬、羊和其他動物上提取細胞外基質,用來治療肩肌腱損傷、疝氣和其他人體損傷,這種療法二十年前就開始應用了。“但人們只是把它當作一種固定東西的網狀物,並沒有意識到它還能指揮人體進行修復重建,而我們是第一個想到的。”巴迪拉克非常自豪。
最初簽訂治療合同時,斯特朗是疑心重重的,“醫生們向我描述着即將進行的治療,我覺得就像在聽科幻小說。”但他有着強烈的康復意願,而且身體狀況也符合手術要求:這種療法需要病人還有一些肌肉殘留,以及沒有被破壞的神經,不然縫再多細胞外基質也沒用。
手術後不久,他已經開始大踏步走路了。“我可以彎曲膝蓋,把腿往前輕輕一踢,靠着重力和慣性,接下來的動作自然而然就完成了。”手術兩週後,斯特朗已經可以跟朋友去森林裏打獵了。隨着細胞外基質的分解吸收,斯特朗的進展速度開始下降,但他一直都在進步。儘管他的左大腿上仍有個怪異的大坑,但這正好清晰地展示了,只需要一小片新肌肉,人的腿就能重新運作。
醫生們對斯特朗和其他人的恢復狀況也很滿意。“當然,我們讓他別抱過高的期望。這並不是魔術,不能幫他把整條腿都長回來。但他肯定會有改進,可以做以前做不到的事。”儘管這種療法仍在試驗發展階段,但它無疑給成千上萬名傷兵帶來了希望。他們在戰場上失去了四肢上的大部分肌肉,在過去,最好的治療方法只有截肢。
這個療法同樣能解決一些別的問題。“比如,以前去擁擠的餐廳或公共場所,我總得花很長時間規劃,找一個離出口近的地方坐。因爲我行動太慢了,一旦發生什麼緊急情況,我得來得及逃出去。這事困擾了我很久。”斯特朗笑着回憶,“如今,我可以想坐哪兒就坐哪兒了。”
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