在地球生物進化過程中，最原始的單細胞生物如何進化成多細胞生物，并演化成具有組織和器官的高等生物，科學家們一直在通過各種方法試圖揭曉答案，借助人工組織是其中的一種研究途徑。
近日，哈爾濱工業(yè)大學化工與化學學院韓曉軍教授及團隊成員李慶川、李書彬等人，在國際著名雜志《自然·通訊》上發(fā)表論文稱，團隊利用程序化磁控方法，構建出了形狀可控的人工組織，為研究多細胞生物的進化提供了寶貴模型。這項醫(yī)工結合的學術成果設計新穎，還將在合成生物學、組織工程學、生物醫(yī)學工程等領域，以及修復受損機體、篩選抗癌藥物和深入探討惡性腫瘤形成機理等方面，有著廣闊的應用前景。
“類細胞”選材于巨型磷脂囊泡
在地球生命的進化過程中，組織或器官由特定空間排布的細胞組成，以整體行為執(zhí)行比單細胞更高級的生物學功能，是生物多樣性得以形成的關鍵因素。韓曉軍介紹說，開展基于人造細胞的組織構建研究，可以為人類了解多細胞生物內(nèi)部世界之謎打開“一扇窗”，并為可植入體內(nèi)的人工組織的設計和構建奠定理論基礎。
現(xiàn)階段，在國內(nèi)外的實驗室里，脂質體、聚合物體和油包水液滴等“類細胞”結構已經(jīng)被用來創(chuàng)建人工組織，但當前大多數(shù)組織樣結構都是某些“類細胞”結構的無定形聚集體。研究證實，巨型磷脂囊泡是細胞的理想模型，而將大量巨型磷脂囊泡組裝成空間編碼的類組織結構以模仿自然組織，科學家們努力多年一直沒有實現(xiàn)。
組裝成各種形態(tài)的類組織結構
韓曉軍解釋說：“組織、器官、系統(tǒng)的形成，都是建立在細胞的分裂、分化和生長基礎之上的，只有分化成專門的細胞和器官，生命活動才能更高效地進行。”不僅如此，多細胞的優(yōu)越性還體現(xiàn)在對突發(fā)性事件的抗擊能力上，這就和在原始部落中人們?nèi)壕由畹那闆r類似，當面對野獸侵襲時，若是部落里個別人落了單之后，就必然難逃被獵殺的命運。
韓曉軍團隊在研究中以高滲和低滲溶液模擬“野獸”的角色，分別對單細胞和多細胞構成的人工組織展開“襲擊”，發(fā)現(xiàn)單細胞迅速破裂，遭到損害;而多細胞打造成的人工組織堅不可摧，顯示出磐石般的穩(wěn)定性。這一現(xiàn)象提示多細胞凝聚成的組織群體呈現(xiàn)出來的強大集體力量。
根據(jù)磁阿基米德效應，引入順磁性介質可增強抗磁力作用，能夠驅使抗磁性物質移動到局部磁場最弱區(qū)域。韓曉軍團隊借鑒這一原理，率先在不銹鋼網(wǎng)內(nèi)部經(jīng)過調(diào)節(jié)網(wǎng)孔的形狀、網(wǎng)孔的距離等，用巨型磷脂囊泡充當人造細胞，組裝成擁有特定空間排布的各種組織形態(tài)，包括三角形、方形、圓形、甚至類似古錢幣的圓形方孔等形態(tài)。通過控制施加磁場的空間位置、時間順序，以精確調(diào)控多種人造細胞的空間排列，使其呈現(xiàn)各種形態(tài)的類組織結構。
有望“定制”功能復雜的可移植器官
除了可幫助人們理解生命起源，這項多細胞人工組織的研究，還將在維護人類身體健康中發(fā)揮作用。時下，隨著人們生活水平的日益提高，暴飲暴食、抽煙酗酒、工作壓力陡增、日常作息規(guī)律嚴重擾亂等不良習慣層出不窮，對人體健康帶來了極大危害。比如，在醫(yī)院里，因為疾病的終末期而等待更換心、肝、腎、大小腸等器官的危重病人數(shù)量龐大，而器官移植的供體十分奇缺，手術風險巨大，預后效果難以預料。
構建體外人工組織并賦予其生命活力，有望向制備可臨床移植的人造器官邁出一大步。在不遠的將來，擁有復雜功能的“定制”器官或將替代真實的器官植入人體內(nèi)，從根源上突破器官不足的“瓶頸”。韓曉軍團隊在研究中將兩種人工細胞混合“搭建”成人工組織，其中一種人造細胞內(nèi)部經(jīng)生化反應生成的產(chǎn)物，可擴散到另外一個細胞內(nèi)部，并引起生化“互動”，進而得到了有信號傳遞功能的人工組織。這使科學家制造功能更加復雜的人工組織有望“夢想成真”。
韓曉軍教授指出，人工組織的制作及功能的模擬雖然取得了初步進展，但距離合成真正具備自主功能的人造器官尚有很長的一段路要走，還需要根據(jù)現(xiàn)有科研結果，向著更復雜、更精細、更接近生物功能的方向靠近。(記者 李麗云 通訊員 衣曉峰)
