第一节人造器官的神奇功用
1．从移植到人造
自古以来，人类就有这样一个设想：如果身体的某一个器官出现病症，能不能像机器更换零件一样更换器官。这就是今天我们临床上的器官移植的理论基础。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，像是一个在热带生活了几十年的人突然让其到北极生活，北极的寒冷气候肯定会排斥他一样。目前，接受器官移植的病人终生都须服用抑制的药物，以防止体内出现排异反应。
但这些药物同时又对整个免疫系统产生副作用，会降低病人抵抗疾病的能力。
另外一个障碍是，器官移植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。比如说，西班牙是世界上人均捐献器官最多的国家，每100万居民中有27人捐献器官，但是西班牙每年每100万中却有500人需要接受器官移植。美国从1984年开始实行器官的有偿供给，销售额逐年上升。“人体器官库”和“细胞库”在美国迅速发展起来。这些“器官库”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。
该项目的商业利益很大，如今包括红十字会在内，加入“全美人体器官库协会”的企业约达到70家。如果再加上非成员团体，以及从事细胞和遗传基因商品化的企业在内，那么数量将超过数百家，而且企业数量和销售额都在逐年增加。华盛顿的一位律师估计，“包括生殖器官等在内，美国的‘人体器官市场’的规模已经超过了100亿美元”。
尽管如此，人体器官市场仍然明显供不应求。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。于是，用于医疗事业的人造器官便应运而生了。
2．“二心二意”——人造心脏
当人的一生中不单单有一颗心脏陪伴你终生，二心二意也就不是完全没有可能。
曾在美国肯塔基州犹太医院进行的人造心脏手术的病人图尔斯，已经度过医生所预期的60天存活期。这当然是人造心脏技术的一大胜利。
这个以钛和塑料制成的人造心脏，虽然不是第一个人造心脏，却是首个完全独立的人造心脏。
所谓人造心脏，就是将机械装置植入人体，以取代功能已衰竭的心脏。历史上首个人造心脏Jarvik-7，是在1982年植入病人巴尼克拉克的体内，他共活了112天。另一名也植入Jarvik-7的病人威廉施罗德则活了620天。
心脏本质上是一个不停歇的泵，不断把血液送入肺部，吸取氧分子后再运送到身体各部分。
装置在病人胸腔内的人造心脏，就是模拟心脏的泵功能。我们的心肌有规律颤动，使心脏紧缩及舒张，产生供血的功能。之所以称为“独立”的人造心脏，因为它完全没有管子与电线连接到病人体外，也就杜绝了感染问题。“独立”的人造心脏采用了一种新的“隔皮电力传输”技术。体外的电池通过装在腹腔内的电感器，为体内的电池充电。病人不需要拖着连接电源的电线，只需要定时为腰包中的体外电池充电或换上新电池就行了。一个独立的人造心脏当然好处很多。它不像捐献心脏那样来源有限，而且因为它不是生物组织，而是用钛和塑料制成，所以在病人体内不会出现生理排斥现象。
3．人工脏器的开发
美国的哈代大夫1963年进行了临床上第一例肺移植。与其他脏器移植相比，肺移植一直处于令人绝望的低潮。直到20世纪80年代环孢霉素应用于临床，才使肺移植迅速发展起来。目前，肺移植已成为肺衰竭终末期治疗的主要手段。全世界现已完成了5000多例肺移植，双肺移植、心肺联合移植也有很大的进展。
尽管如此，肺移植还是落后于其他脏器的移植。供移植用的肺仅是可供移植的心脏来源的10％～15％，供肺的严重缺乏是肺移植广泛开展的主要障碍。这是由于：①肺极易感染：肺是直接与外界空气相通的器官，在从供者身上切除供肺到把供肺植入受者体内的过程中，空气中的病毒、细菌等已在肺内大量繁殖；②肺极易受损：供肺切除后，稍不谨慎，即会形成肺水肿，完全丧失气体交换功能；③供肺保存困难：目前最好的保存液可保存肾脏70小时，而肺仅能保存30小时。
人工呼吸机已有80多年的历史，在临床上的应用已相当普遍，但这种机器仅起到把空气压入肺内的作用，而肺的真正作用是让空气中的氧弥散到血液中，同时又使血液中的二氧化碳释放到肺内，所以，肺的换气功能是和血液系统密切联系在一起的，人工呼吸机不具有使静脉血变成动脉血的人工肺功能。事实上，人工肺也并不复杂，为了配合心脏外科手术的需要，20世纪50年代已设计出来的“体外循环机”，就包含了一颗大的人工心脏和一个大的人工肺。不久的将来，医学生物工程学专家一定能设计出可植入人体内的人工肺。
1922年，加拿大人巴汀·贝斯特发现了胰岛素，即胰腺的β细胞分泌的一种调节血糖水平的激素。随着认识水平的发展及医学科学的进步，人们逐步意识到临床上存在一种以胰岛素不足为核心环节的疾病——Ⅰ型糖尿病。该病以糖代谢、脂代谢、蛋白质代谢的严重紊乱为病理生理基础，以全身大动脉、微动脉为靶器官，最终引起肾脏、心脏、眼睛、大脑等多器官的严重疾病发生。自然，除了按时补充胰岛素治疗该病外，外科大夫又把目光瞄准了胰腺移植。与其他脏器移植一样，由于排斥反应，胰腺移植在20世纪六七十年代效果并不理想，发展缓慢。直到20世纪80年代环抱霉素应用以来，才带动了胰腺移植的巨大发展。
小肠移植：由于具有丰富的集合和孤立淋巴滤泡，内含大量能参与排斥反应的淋巴细胞，移植后的小肠不易成活，所以，小肠移植一向被医学界视为器官移植的“禁区”。而且，肠道有强大的吸收储备功能，对于一个人来说，即使因某种病被切除掉几十厘米，并不会影响肠道对营养物质的吸收。即使肠道功能已完全丧失，也可以通过全静脉营养使患者长期存活。因此，长期以来临床上很少进行小肠移植。直到20世纪80年代，由于环孢霉素的广泛应用，小肠移植才迅速发展起来。
甲状旁腺移植：任何原因的甲状旁腺功能低下，引起全身钙、磷代谢障碍时，均可进行甲状旁腺移植。
此种腺体移植排斥反应小，成功率高，手术简单易行，但供移植的腺体来源有限。
其他：肾上腺的移植用于治疗肾上腺皮质功能低下，胰岛移植用于治疗A1型糖尿病等，另外一些移植术正处于积极的探索和日益成熟之中。
在过去的半个世纪，外科医学领域不断取得新成就。时至今日，除大脑外，几乎所有人体主要器官均可成功移植。然而外科手术能否真正延缓濒临死亡的患者的生命，还取决于所移植的器官是否受患者本身免疫系统的排斥。
由于这种免疫排斥的现象极难避免，因而绝大多数患者在接受器官移植后，仍需长期甚至终生服用类固醇之类的免疫抑制药物，以增加存活的机会。然而，长期服用免疫抑制药物会导致种种后果严重的并发症，因而大大削弱器官移植的医疗效果。
美国外科医学研究所用白鼠为实验对象，曾利用一种免疫方法先将所需移植器官组织的小部分注入接受移植的白鼠体内，然后在数日后，再将所需移植的整个器官或组织移植给白鼠。结果，在没有任何药物的协助下，白鼠体内的移植器官安然存活，而且没有免疫排斥现象。
上述的免疫方法是根据近年一项新兴的免疫训练概念发展而成的。近年来，有些免疫学家认为，人体免疫细胞的敌我辨认能力似乎来自胸腺的训练及督导。如果这一概念正确，而移植组织或细胞又能先与胸腺相处一段时间，那么胸腺将能训练免疫细胞使之视移植组织如本身组织而不予以排斥。
为证明上述概念可行，美国宾夕法尼亚大学外科学家贝克尔率先以患有胰岛素依赖型糖尿病的白鼠为实验对象，先在移植前将少量的健康胰脏细胞注入病鼠胸腺之内，数日后再将大量健康胰脏组织移植给病鼠。结果，在移植后除接受过一次抗淋巴细胞的注射外，白鼠体内血糖恢复正常，显示移植其体内的胰腺组织并未受到免疫排斥，而且能像平常一样分泌所需胰岛素。
意大利科学家罗慕西曾利用上述方法在白鼠体内进行实验，进行了完整器官——肾脏的移植。在手术前他先将移植肾脏的部分组织注射到白鼠胸腺内，10天后罗慕西将整个肾脏移植到白鼠体内。
移植后，白鼠体内肾脏功能正常，不使用抑制免疫剂，也未出现免疫排斥现象。
目前，人类肾脏的移植能否使接受者获得较长的存活期，完全取决于移植器官能否借药物的帮助而不被排斥。如果上述免疫训练法日后被应用于人类的器官移植，则无疑是器官移植外科上的一项重大突破。
4．人造血管是怎么回事
血液在人体内的流动是通过血管进行的，就像灌溉农田时需要水渠一样，人输送血液也离不开血管。一旦血管发生病变，就要对血管进行手术，有些手术还需要使用血管。所以，血管是一件重要的医疗用品。
以前，人们在心脏或者脚动脉修补手术中，大多使用患者自身其他部位的血管，或者干脆采用塑料血管或是塑料“脚手架”上使用皮肤增殖的人造血管。但是，这种人造血管很可能引起强烈的排斥反应，危及病人的生命。而且，以往的人体细胞制作的血管过于脆弱，临床治疗大多以失败而告终。
那么，有没有更好的血管呢？目前加拿大的科学家们已经找到了答案。
他们从患者自身的组织中制作的可以用于外科手术的血管，不会引起常见的排异现象。而且，这种血管的耐压性很强，达到人体血管的20倍。
这种耐压血管有3层：内侧是内层细胞；外侧有外膜，是用胶原纤维包裹着皮肤细胞和纤维芽细胞的复合层；在内皮和外膜之间夹有平滑肌细胞。那么，怎样制造这种血管呢？首先，将所需血管内径的塑料圆柱体包裹起来，使平滑肌细胞在层状结构上增殖；接着，包覆住平滑肌的细胞层，使通过其他途径增殖的皮肤细胞生成平坦层结构，再通过向生物反应器供应营养物质，促使皮肤细胞生长成与外膜相同的胶原纤维含量较多的加强层；最后，拆除作为支持物的塑料管，让排列在内壁的平滑肌细胞与内皮细胞和含有培养液的溶液相接触。这样，平滑肌表面被内皮细胞所覆盖，最后成为血管。
这种以自身组织培养成的血管，最大的优点是不含有异体抗原，手术后病人不会发生强烈的排异现象。但是，这项新技术目前仍处于试验阶段，在医疗上广泛采用还得通过临床试验这一关。
5．人造骨头能用吗
骨头碎了不能再长好，怎么办？现在医学上已经能够采用替代骨头了，主要是用不锈钢制造的人工骨头。
虽然这种不锈钢骨头也能够起到骨头的支撑作用，而且比骨头还要坚硬，但钢铁毕竟是钢铁，无法像人体的骨头那样自然生长、自然连接，它需要髓内钉、钢板、螺丝钉等金属异物作固定材料存留在人体骨腔内，会对人体造成很大的损伤，手术中和手术后也容易发生髓钉嵌顿、骨骼劈裂、骨骼感染等并发症。
有没有新的方法解决这些难题呢？
美国科学家开发出了一种新型人造骨头，主要由矿物质网络组成，能很好地与动物骨骼实现啮合。这种材料由羟基磷灰石衍生而来，能增强骨骼和牙齿的硬度。科学家通过将羟基磷灰石晶体转换成骨基质的方法，把它嵌入到有机材料中去。通过实践，科学家摸清了有机磷灰石与有机材料物质间所产生的相互影响关系，并以全新的概念发明了人造骨材料的制备方法，用于修复因意外或先天性缺陷以及因疾病而致残的人类骨骼。
这种新材料可以按照实际的需要做成各种各样的形状，并且能够掺入各种组织内。例如，外科医生可以用有机磷灰石材料先做成一种软膏状植入体，等植入受伤部位后使其变硬，或者在骨植入表面涂层，以增加人体对植入物体的接受能力和啮合力。
科学家用狗做了一个试验。对成年狗进行人造腿骨移植手术后，大约静养12周的时间，不仅骨骼生长顺畅，而且还得到了良好的修复。用电子显微镜成像观察后发现，在狗腿骨的人造骨和自然骨交接面的一侧，均长有相同的结晶组织，这是由于骨细胞侵入磷灰石中引发了自然骨的再生，从而创造了人造骨与自然骨的完美啮合。
这种新型人造骨还有一个优点，那就是有机磷灰石混合物可以同时与其他药物合并进行使用，如可掺入抗生素、消炎药、化疗剂或生长因子，这样能有效地刺激骨骼的愈合及其组织的修复。
人造骨正在处于不断完善的过程中，相信总有一天，人们会发明出与自然骨毫无区别的人造骨。
6．人造生物皮肤
由活细胞和生物相容性材料制成的人造皮肤，将会缓解患者在移植治疗中的皮肤短缺问题，给严重烧伤和顽固性溃疡患者带来福音。