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  • 器官移植的昨天、今天和明天

   1954年,美国波士顿的医学家哈特韦尔·哈里森和约瑟夫·默里成功地完成了第一例人体器官移植手术——肾移植手术。为了避免出现身体排斥外来组织这个最大的难题,这次手术是在一对双胞胎身上进行的。尽管如此,它还是开创了人体器官移植的新时代。

  1963年,医学家们在肺和肝脏移植方面进行了尝试。接着,南非的克里斯蒂安·巴纳德医生和美国的诺曼·沙姆韦和登顿·库利医生相继完成了心脏移植手术。直到70年代后期环孢菌素这种能抑制身体攻击外来器官倾向的药物研制出来以后,器官移植才成为常规疗法。

  时光流逝了90年,如今人类自身间的器官移植已经非常普遍。目前,全世界每年大约进行了1万多例肾移植、1千例左右肺移植、2000例左右心脏移植、4000例左右肝移植和1000例胰移植手术,迄今已有数万名患者通过他人捐献的器官获得了新生。

一、器官移植障碍多

  不过,器官移植遇到的发展障碍也让世界各国的医生们颇为头疼。

  首先,一个人身上的器官移植给另一个人时,难免受到排斥。目前,接受器官移植的病人终生都须服用抑制免疫系统的药物,以防止体内出现排异反应。但这些药物同时会降低病人抵抗疾病的能力。

  另外一个障碍是,器官移植的手术的出现使很多患者看到了健康的曙光,等待接受器官移植的人越来越多,但是愿意捐献器官的人却没有这么多。据估算,目前世界上约有25万病人等待做器官移植手术,但是每年有机会接受这种手术治疗的患者只有约5万人左右。比如说,西班牙是世界上人均捐献器官最多的国家,每一百万居民中有27人捐献器官,但是西班牙每年却有500人需要接受器官移植。在美国 “人体器官库”和“细胞库”把脑死亡者和心脏停止跳动者捐献的心脏瓣膜、皮肤、血管和肝脏的细胞等收集起来,有偿提供给需要进行器官移植者或新药开发者。
  尽管如此,人体器官市场仍然明显供小于求。如何为人体器官移植找到突破口是科学家们苦思冥想的事情。他们先是想到了用动物器官代替人的器官,然后又想到了用人造器官代替人体器官。

二、人能用动物器官吗?

  最早的异体移植是在1906年,医生大胆地把猪和山羊的肾脏分别移植到两个病人身上。遗憾的是,由于当时还不为人所知的排异反应,病人很快就死了。

  1992年,美国匹兹堡大学医学中心又开始了这样一种尝试,他们把狒狒的肝脏移植给一名35岁男子,这名男子因患乙型肝炎导致肝脏坏死。他们先把一只15岁雄性狒狒的肝脏取出来,然后植入这位生命垂危的男子体内。医生担心移植人的肝脏后新肝脏同样会被乙型肝炎病毒破坏,因而决定使用狒狒的肝脏。手术后当天,狒狒肝脏就开始发挥功能。为了减少患者体内对狒狒肝脏的排异反应,医生们采用多种抗排异反应药物,包括尚处于实验阶段的FK506。7月2日这位男子手术后第一次刮了胡子,并开始食用流质食物,并且可以下地走路。但是,两个月后这名男子出现了发烧症状,经X光胆管检查后又发现血液感染,不久后就死去。

  把动物器官移植给人体实验的失败并没有让科学家气馁。为了寻找这种跨物种器官移植手术的奥妙,他们又在动物之间进行了类似的实验。英国剑桥大学的科学家自1992年开始饲养世界上第一群心脏中含有人基因的猪,科学家是将猪卵细胞中植入人的一种基因后培养出这种猪的。在猪长成后,科学家将猪心脏植入猴子体内。实验表明,将猪心脏植入猴子体内后,猴子体内几乎不产生排异反应,植入猪心脏的猴子手术后平均存活时间为40天。此后,英国科学家决定选择4到5名患者进行猪心脏移植手术。

  科学家说,存在于猪组织内的病毒似乎不会感染人类,它绕开了一个在实践中阻碍给人体移植猪器官的主要障碍。另外,科学家之所以对猪情有独钟,因为它们与人类有许多相似之处。猪的心脏与人的心脏大小相同,其管道分布和动力输出也相类似。此外,猪的心脏只需经过很少量的基因工程处理,就能与人类的免疫系统相兼容。

  在美国,这项研究也如火如荼地进行着。58岁的美国帕金森症患者托尼·约翰逊接受了猪神经细胞移植手术。科学家们让两只经过严格灭菌消毒且不携带任何病毒的健康成猪交配,使母猪怀孕。在约翰逊接受手术的当天,科学家们将8只猪胚胎从母猪体内取出,并从每一胚胎中取出少量脑组织,通过手术放到约翰逊脑中被损害的部位。出院以来,约翰逊的行动能力大大提高,每天可以工作一段时间,还重新开始了他最喜欢的运动棗钓鱼。虽然远期疗效还有待观察,但最初的脑检查表明,约翰逊大脑中的猪神经细胞依然活着。 

  面对跨物种异体移植迅速发展的势头,一些科学家也提出了自己的担心。首先某些对猪、狒狒等动物无害但对人类却是致命的病毒,如艾滋病毒,很可能通过异种移植传播给人类。虽然目前在进行异体移植之前要经过严格的检查,但一些还未被人类所了解的动物病毒却有可能逃过检查贻害人类。 

  科学家已经发现,猪的器官中至少有两种可能传染给人的病毒。伦敦全国医学研究所的病毒学家乔纳森·施托耶说:“这不一定会产生不幸的结果,但我是担心的。

  医学研究所委员会的主席、波士顿大学的医学教授诺曼·莱温斯基说,这些新的发现是“吓人的”。他说,“我们在将猪的器官移植给人之前必须慎之又慎”。

  为此,美国食品与药物管理局于1996年公布有关跨物种移植的指导原则草案。草案呼吁医生们在进行跨物种移植以前,必须仔细对动物进行检查,防止某些特殊的动物疾病通过移植传染给人类。草案要求医生们必须保留动物和病人的血样和组织标本,并对接受移植的病人进行监测以防突发性疾病。

三、人造器官方兴未艾

  为了解决器官捐献者太少的难题,科学家一面尝试在人和动物之间进行器官移植,一面大力开发另一个有前途的项目:如果人造器官可以代替人体器官正常工作,那么可以建成很多“人体零件工厂”,大量生产人体内的各种“零件”,这样,那些需要进行器官移植手术的患者就不会苦于无米下锅了。

  如果用人造心脏把人的心脏替换出来,那么如同给机器更换了发动机,如果人体实验表明这种强力发动机能让人体这台活机器长时间无故障运行,那无疑在医学史上具有划时代的重要意义。 

  1982年12月2日,美国西雅图62岁的退休牙科医生巴尼·克拉克成为世界上第一个接受人造心脏移植手术的人。一颗塑料心脏在他的胸腔里跳动了将近1300万次,维持了112天的生命。

  这颗人造心脏是由犹他医疗小组成员罗伯特·贾维克设计的。它通过两条2米长的软管连到体外的一部机器上,压缩空气维持着这颗人造心脏的跳动。后来又陆续给另外4名病人移植了贾维克人造心脏,全都死了,其中活得最长的一个活了620天。从此,人造心脏移植处于停滞阶段。医学界认为,这种技术还不成熟和完善,暂时不能用于人体。

  美国食品和药物管理局1984年规定:只能用贾维克人造心脏移植作为过渡,使垂死病人延长生命,等待移植人心。该局1990年又作出更严格的规定:除急救外,禁止使用贾维克人造心脏。

  由于美国食品与药物管理局仍不允许在美国实施永久性电动人造心脏手术,因此英国成为第一个实施永久性电动人造心脏的国家。1995年10月,一位64岁的英国退休电影制片人成为世界上第一位接受永久性人造心脏的人。病人埃布尔·古德曼患有严重的心脏病,医生认为如不接受特殊治疗他很可能活不到次年春天。手术在英国牛津约翰·拉德克里夫医院实施。

  这颗价值8万英镑的电动人造心脏大小如同拳头,固定在古德曼的腹腔内,通过从胸部引出的导线与体外的电池组相连。古德曼接受手术后情况良好。在他手术初步成功的鼓励下,当时英国很多心脏病患者都跃跃欲试。但次年3月,医生发现古德曼植入的电动心脏出现了问题,于是在3月23日对古德曼实施了电动心脏移出手术。移出电动心脏后,古德曼依靠自己的心脏生存,手术30个小时后,古德曼心脏病发作,离开了人世。

  尽管美国政府处于安全考虑禁止对人体进行这种人造心脏的移植手术,但美国的科学家们在人造心脏的研究领域却一直走在前列。人造心脏在美国的实验中已经创造了1.6亿次无故障跳动的纪录,相当于输送200万升血液、使病人继续生存5年。他们研制的人造心脏有不同型号,除了普通大小的之外,还有专门为儿童患者设计的小心脏,使用的寿命更长。

  
  英国人还研制出人造塑料肺,主要由与小型光盘播放机大小相当的扁平盒子组成,扁平盒子可以植入胸腔,它盒子中包含由多孔纤维管组成的氧气、二氧化碳两套网络。氧气管网中的氧气可以进入通过盒子的血液,而正常肺部需要通过口或鼻部排出的二氧化碳,可以通过另外一套纤维管网排出。

  新型塑料人工肺植入猪体内后,成功地替代了大部分猪肺的功能。研究人员认为,虽然目前塑料肺还无法模拟自然肺的所有功能,特别是无法实现为满足体内不同能量需要而发生的复杂化学反应,但这一新技术有望首先应用于那些等待肺移植的病人及用于紧急治疗肺部功能暂时丧失的患者。

  英国还研制成一种人造血管,将它植入患者体内后可长期使用,并不易形成血栓。英国血管技术公司研制的这种人造血管的管壁是用聚合物纤维编织成的毛衣状结构,这样的结构具有很好的弹性,并且坚实耐用。科学家在这层管壁上再薄薄地涂上另一种聚合物,这种聚合物非常光滑,油脂很难在上面沉积。这样就可防止血栓的形成。这种血管直径只有6毫米,在现有人造血管中已算很细的了。

  日本东京帝国大学则研制出一种可以靠人的意识大便并且能用电控制的新型人造肛门,并投入临床应用。人造肛门的制造方法是,先把位于大腿内侧的大腿薄肌的肌肉切下一半,然后将其反转缠到肛管前端部分的周围。大腿薄肌的顶端代替括约肌,它是靠埋入腹部的起博器的电刺激进行收缩。当患者想大便时,就用体外开关的专用磁铁中断起博器的电流,使患者能够及时大便。采用这种人造肛门可以使患者靠自己的意识大便,排便口也设计在肛门大致相同的位置,因此它与过去的人造肛门相比,能更接近自然的排便状态,同时也减轻了患者的精神负担。

  可以说,几乎人体内的所有器官都可以人工制造了。这不仅能挽救人的生命,还能提高人的生活质量。假牙、假发早已在市场普及,而人造晶体也已经使成百上千的人恢复了视力。更奇妙的是,澳大利亚科学家早在70年代发明的仿生耳可以使听觉神经完全受损的人恢复听觉。

  用金属或陶瓷材料制成的关节可以用来替代人们受损的髋关节、肩关节、肘关节、膝关节和腕关节。人造韧带也被用来代替受损的膝韧带,但是这种韧带的长期效果不够理想。

  人们不仅可以制造功能健全的假肢,而且可以制造肌肉和皮肤。用聚丙烯网状物制成的人造肌肉虽然不能产生力量,却能够有效地把人的肌体连结在一起,并起到加固肌肉组织的作用。

  科学家们用牛皮为原料生产出一种人造皮肤。它的较厚的下层是骨胶原,它的表层是薄薄的胶乳封闭层。把这种人造皮肤植于创伤处,可以使肌体逐渐吸收骨胶原,促使肌体自行分泌骨胶原,然后揭去表面封闭层,再将真皮移植上去。

  此外,还有人造五官、手足、脊椎和性器官。

  尽管人造器官研究取得了飞速发展,但是人们在制造人体最重要的一个器官━━大脑时却碰到了异乎寻常的困难。医生们只能用速凝塑料修补病人受损的颅骨,却对产生意识和智慧的源泉无能为力。

  日本和美国科学家在90年代开始研制世界上最先进的“人造脑”,并计划最终以此为基础设计出相当于猫类智能的“机器猫”。“人造脑”主要由日本东京先进通信研究所的德加里斯设计,位于美国科罗拉多的吉诺比特公司正在从事该“人造脑”的建造工作。

  这一又名“单元自动机”的“人工脑”主要采用了计算机神经网络技术,其中将包含约3770万个人造“神经元”。与此相比,目前已研制出的大多数计算机神经网络“ 神经元”的数目一般仅为数百个。虽然“人工脑”所含人造“神经元”数量与人类的1000亿相比还相去甚远,但其“智能”将超过很多昆虫。

  另外,与目前很多计算机神经网络不同,新型“人造脑”不是依靠软件模拟、而直接采用了真正的电子器件来制造“神经元”。“单元自动机”由72块“现场可编程栅阵列 "芯片构成,每个芯片中包含大量晶体管,这些晶体管以几个为一单位组成所谓的“细胞 "来模拟神经元、以及联系神经元的神经轴突和树突。

  为了能执行一些特定任务,计算机神经网络必须具有“学习”能力。新型“人造脑”主要通过模拟自然大脑的生物演化过程来达到这一目的。“人造脑”中的“现场可编程栅阵列”芯片具有与一般芯片不同的特性,它可不断重新设置内部电路,从而高效地对各晶体管之间连接关系进行反复改变和筛选。这些连接关系有点类似生物体中的“染色体”,当某种连接关系在执行特定任务时为最佳选择时,这一“染色体”信息可遗传给“下一代 "。经过代代选择,“人造脑”将自动获得最佳配置。

  有关“机器猫”的设计工作,将在“人造脑”研制成功后进行。据报道,在研制“机器猫”过程中,“人造脑”将被输入由麦克风、摄像机和触觉传感器搜集的数据,这些数据主要模拟猫耳朵、眼睛甚至胡须所能感受到的信息,以逐渐让“机器猫”获得与猫类相似的习性。研究人员表示,他们对“人造脑”装备于“机器猫”后会取得什么样的效果目前并无把握。

  科学界对这一研究看法不一。专家认为,所谓“机器猫”具有多少价值令人怀疑,该研究对揭示人类大脑认知能力的本质未必能起什么帮助。


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