在动物组织上生长出的人类肌肉

Damon Winter/The New York Times

　　罗恩·斯特朗与女友莫妮卡·米奇娜(Monica Michna)一起锻炼。他在阿富汗服役时，左腿四头肌部分被炸弹炸飞。

　　匹兹堡——阿富汗路边的炸弹炸掉了罗恩·斯特朗(Ron Strang)中士左腿的部分肌肉，在那之后的几个月，他怀疑这辈子自己能否再次正常行走。

　　爆炸和连续数次的手术，在28岁的海军陆战队员斯特朗中士的大腿的四头肌上留下了一道巨大的伤口。由于失去大量的肌肉组织，他的腿只能向后移动，不能向前踢。他可以行走，但动作很笨拙。

　　“我那时练得特别擅长卧倒，”他谈到了自己历经的艰辛。罗恩·斯特朗中士身材高大健硕，他不得不放弃跑步。

　　但是那是两年前。现在他行走自如，还可以在跑步机上跑步，考虑退役之后当一名警察。“如果你了解我，或者注意观察，会发现我走路还有点瘸，”他说：“但别人看到我时都会说，‘我根本想象不到（你曾经受过重伤）’。”

　　还有一件事，他们恐怕更是永远也想象不到：由于取自于猪的一块薄片组织，罗恩·斯特朗已经长出了新的肌肉。

　　这种材料在医学上被称为细胞外基质，在人和动物体内，它是所有组织和器官生长的天然支架复合物。它由细胞产生，多年来，科学家们认为它的主要作用是将细胞支撑在合适的位置。

　　现在研究员们认识到，这些支架复合物也向机体发出信号，使其生长、修复组织和器官。了解到这一点，研究员们利用这些取自于猪和其他动物的材料来设计人体替代组织的生长。

　　这种仍处在研发阶段的技术已经应用到了斯特朗中士的身上。成千上万的退伍军人在伊拉克和阿富汗战争中因炸弹致残，胳膊或腿失去了很多肌肉以至于不得不截肢。对于他们中的一些人来说，这种技术带来了新的希望。

　　在80名再生肢体肌肉实验患者中，斯特朗是其中一例。研究经费由美国国防部的技术转移办公室(Defense Department’s Office of Technology Transition)提供，不过适用人群也包括了普通平民。

　　这项研究的学科带头人是匹兹堡大学(University of Pittsburgh)医学中心的整形医生彼得·鲁宾(Peter Rubin)博士。他说斯特朗中士和其他一些患者的早期试验结果表明，支架复合体能刺激肌肉的生长。他说：“我们能找到组织重塑的证据。”

　　去年秋天，鲁宾博士切除了斯特朗中士腿上的疤痕组织，在剩下的健康大腿肌肉上缝上了一块像厚羊皮纸一样的薄片——来自于猪膀胱的细胞外基质，它在实验室研究中表现很出色。

　　他的机体迅速开始降解基质，包括大量的胶原和其他蛋白。但医生们期待并认为会发生的是这个结果——这些基质通过降解成更小的复合物，能够启动信号传导，募集干细胞聚集到那些可以促使它们成为肌肉细胞的组织中。

　　“我们的工作就是去试着顺从自然而不是去反击它，”该研究的另一位负责人、匹兹堡大学麦高恩再生医学研究所(McGowan Institute for Regenerative Medicine)的副所长斯蒂芬·贝狄拉克(Stephen Badylak)博士如是说。

　　贝狄拉克博士是使用细胞外基质的先驱， 20多年前在普渡大学(Purdue University)进行生物医学工程研究的时候，他就发现了它的许多属性。当时他的部分工作是设计机械心脏，想要寻找一种方法将血液从身体的一部位转移到另一部分，但是要避免因合成材料导致的血液凝块。

　　“我当时寻思着，什么东西看起来像一根输送管道呢？一段小肠会很合适。”他回忆说。于是他用了一只名叫罗基(Rocky)的狗进行研究，用它的一段小肠代替了其心脏附近的大动脉。（“换成是今天，这种实验肯定很难通过审批，”贝狄拉克说。）

　　手术次日，早上上班时，他的脑海里浮现出了各种状况。“可是罗基活灵活现地站在笼子里，摇着尾巴要吃早餐，”贝狄拉克说，“我当时想，好啊，这真是太酷了。”

　　后来的实验表明，随着时间的推移，这条输送管道已失去了特异的肠细胞，而获得了血管细胞特异性的细胞。“它已经演变成血管状结构，我们都觉得这太难以置信了，”他说，“后来我们弄清楚了，起作用的不是整段小肠，而是细胞外基质。”

　　细胞外基质可来源于猪、羊以及其他动物，在过去的十年里，它常常被用作增生层来治疗肩袖损伤、疝气和其他伤害。“外科医生认为他们是一种网状物，能够将物质聚合在一起，”贝狄拉克博士说。大多数医生并不明白细胞基质在通讯和修复中的作用。“他们不明白这一点，”他说，“我们一开始也没不明白。”

　　这种脚手架材料通过剥离所有组织或器官的活细胞，留下一个复杂的立体网状，里面是蛋白质和其它化合物。去除细胞，这就消除了来源于动物的材料植入人体内时被排异的可能性。而基质所诱发的免疫反应的确弱的多。狄拉克博士说，这种弱免疫反应是必要的，这样才能使其发挥作用。“你需要让免疫系统识别这个材料。”

　　“如果身体会说话，它一定会说‘这玩意儿不是我身上的东西，’但实际上信号的出现告诉我，我要重塑组织。”他补充道。

　　这种基质需要去接触那些健康的组织，这也是科学家必须首先除去疤痕组织的原因。“如果我们把基质放到疤痕之中，基质将不再重塑，因为它没有接触到血液和细胞的来源。”狄拉克博士说。

　　直接缝合肌肉也可以确保在术后第二天，患者开始接受强化物理治疗时，激活的肌肉能够被拉伸开来。将机械负荷加到基质上能有效地将这个信息反馈给身体：它将成为新的肌肉组织，而不是其他类型的组织。

　　当斯特朗中士起初同意参加这个试验，并克服了各种身体障碍，达到试验要求时，他也曾产生过很多疑虑，其中一点是他怀疑参加这个试验，患者还必须有一定的肌肉和充足的未损坏的神经，以便肌肉可以再生。但在那时，他愿意尝试任何事情，只要能重新正常行走就行。

　　复活节那天，十个士兵——包括美国人和阿富汗人，在赫尔曼德省的道路上受伤，斯特朗伤势最重。医生给他输了42个单位（1单位为200毫升——译注）的血液并空运到德国，然后在马里兰州贝塞斯达的沃尔特·里德陆军医疗中心(Walter Reed Army Medical Center)治疗了一个月时间。

　　斯特朗回到了位于匹兹堡郊外的老家，在那里他接受数月的门诊物理治疗。走路时，他只能把重心放在右腿上，这让他双腿的膝盖、后背、臀部和颈部疼痛。“身体每个部位都被扭到一边，”他说。

　　当医生向他介绍他们的方案时，“一开始我有点无法相信这种事情，”斯特朗中士说，“当他们跟我解释的时候，我被震到了，听起来就像科幻小说里的东西。”

　　贝狄拉克博士说，最重要的是它不是那种不切实际的期望。

　　“我们告诉他们，这不是魔法，也不是奇迹，”他说，“我们可能做不到百分之百恢复你的正常解剖结构，但是我们认为我们将会给你带来巨大的变化，你将能够做到那些你现在无法完成的事情。”

　　现在斯特朗的大腿上仍然有一块很大的凹陷，它形象地说明了一小块新的肌肉组织能带来怎样的不凡成果。

　　“太神奇了，”他说，“很快我就可以跨一大步，我可以弯曲我的膝盖，踢出一小步，然后因为重力作用它又可以返回初始状态。”手术两个星期后，他与朋友外出，在森林狩猎。

　　医生们说，初步的进展可能是从基质与现存组织的机械连接开始，但是当基质分解退化后，尽管有迹象表明变化的步调放缓，斯特朗的身体仍然在不断改善。

　　斯特朗中士说，这种改善也会产生心理效应。在此之前，如果他要去一家生意很好的餐厅或者其他拥挤的地方，他可能会花费很多的时间去决定坐在哪里，因为他知道一旦发生险情，他无法迅速撤离。“这种顾虑老是徘徊在我的脑海中，”他说。

　　“但是现在，”他说，“我没有必要坐在门口了。”

　　本文为“再生医学”系列报道的第二部分。第三部分将于周三发表，介绍将替代器官放在人体体内让其成长的新技术。

　　原文发表于2012年9月17日。