“在没有承诺的情况下等待是痛苦的，不知道何时轮到我，但更难的是想到只有当别人去世时，我才能活下去。”
这是A在网上一个患者群体论坛中留下的话。他介绍自己接受了心脏移植手术。对于像A这样因心脏功能异常而导致血液供应不足的终末期心力衰竭患者来说，心脏移植是唯一的解决方案。除了心脏，其他如肝脏、肾脏和胰腺等器官一旦无法正常运作，最终的选择也只能是移植他人的器官。然而，器官移植是一个没有承诺的漫长等待过程。根据韩国器官组织捐赠机构的数据，去年有大约5.2万人在等待器官移植，但实际完成移植的仅有约6000例。超过4万人正在忍受着痛苦，等待着自己的机会。这一问题困扰了科学界和医学界数十年。既然无法获得足够的人类器官，为何不能使用动物器官或制造人工器官呢？
异种移植：引入动物器官的尝试
目前最前沿的领域是异种移植，即将其他动物的器官移植到人体内。其中，猪的器官被广泛使用。这是因为猪的器官不仅在大小和形状上与人类相似，而且在基因上也有许多共同点。例如，人类的心脏约为300克，而猪的心脏则在200克左右。
所有移植手术的关键在于“排斥反应”。当身体检测到外来物质时，会将其视为威胁并发动免疫攻击。如果排斥反应严重，移植的器官可能会坏死或形成血栓，导致血压下降或呼吸困难。
尽管猪的器官与人类基因相似，但仍然会自然产生排斥反应。因此，猪的器官并非直接移植，而是通过基因编辑等多种处理技术进行改造。首先，科学家使用基因剪刀对猪的基因进行编辑，并将修改后的基因插入卵细胞。当这些卵细胞被人工受精后植入母猪体内，就会诞生一只经过基因编辑的猪。待这只猪成长到一定阶段，就可以将其器官移植给人类。
目前已有多例将猪心脏移植到人体的手术。2022年，美国马里兰大学的研究团队为一名57岁的终末期心力衰竭患者大卫·贝内特（David Bennett）移植了一颗经过基因改造的猪心脏。当时，研究人员删除了可能引发人类免疫系统排斥的基因，并插入了人类基因。
贝内特最初表现正常，未出现急性排斥反应，但两个月后不幸去世。根据《麻省理工科技评论》的报道，其死因是一种从猪传染给人类的巨细胞病毒，这是一种会引起鼻炎和肺炎症状的疱疹病毒。研究人员在移植前对猪进行了病毒检测，但未能过滤出潜伏的病毒。
2023年，马里兰大学的研究人员再次为一位58岁的晚期心脏病患者劳伦斯·波西特（Lawrence Posit）移植了一颗猪心脏。当时，研究人员解释说：“为了避免重复第一次失败，我们对用于移植的猪进行了精确的病毒和细菌测试，并通过新的检测方法反复测试抗体。”然而，患者在六周后再次去世。起初，他的身体活动正常且无排斥反应，但病情突然恶化。具体死亡原因尚未公布。此外，许多研究人员正在研究异种移植领域。关于将肺、肝和胰腺移植到猴子身上的研究也在积极进行，移植后的猴子通常可以存活一周至一个月不等。
尽管多次失败，科学家们的挑战仍在继续。eGenesis生物公司的大卫·库珀博士表示：“我认为，即使替代疗法充满希望，任由人们死去在伦理上是不可接受的。”今年2月，美国食品药品监督管理局（FDA）批准了制药公司United Therapeutics开展猪肾移植的临床试验。副总裁雷·彼得森（Ray Peterson）表示：“我们计划选择六名已接受透析治疗超过六个月的患者进行临床试验。”
人工器官：新兴的替代方案
与此同时，研究人员也在积极探索人工器官的开发，尤其是肝脏和心脏等重要器官。这被称为“人工器官”研究。如果异种移植中的排斥反应或病毒问题难以解决，那么利用患者自身细胞制造人工器官的方法可以最大限度地减少免疫反应。如果说现有的器官移植依赖于他人的牺牲和运气，那么随着3D生物打印、合成生物学和干细胞工程的快速发展，人工器官已经成为一种新兴的替代方案。
人工器官大致可分为三种概念：源自其他动物（如猪）的异种器官、基于细胞的人工器官以及融合电子技术制造的电子设备。由于用于异种移植的猪心脏也经过基因编辑，因此在广义上也属于人工器官。
细胞基人工器官的崛起
近年来，基于细胞的人工器官备受关注。这项技术围绕3D生物打印迅速发展。它通过将生物相容性材料（即生物墨水）和活细胞输入3D打印机，输出（堆叠）所需的结构。早在人工器官之前，3D打印机已被广泛应用于生物医学领域，尤其是在牙科和助听器等医疗器械行业，因为它们适合创建符合患者口腔或外部结构的定制化结构。
最近，3D打印技术已达到可以制造肾脏、肺、肝脏和血管等主要人体器官的水平。这不仅得益于生物墨水的发展，还得益于3D打印技术的进步。3D打印分为多种类型，如喷墨法、激光辅助法和沉积法。每种方法都有其优缺点，科学家认为，如果能够很好地结合这些技术，也可以生产出具有复杂结构的人工器官。
例如，挤压法通过层叠二维层来创建三维结构，适用于打印具有不同粘度和细胞浓度的生物组织。这种方法可以使用广泛的生物材料，并在需要时增强产品的强度。另一方面，激光法则主要用于打印高粘度的生物材料，虽然速度快，但操作复杂。根据所需制造的人工器官类型，所需的3D打印技术也有所不同。
截至目前，最接近商业化的3D打印人工器官（组织）包括皮肤、角膜和膀胱。皮肤结构相对简单，已经实现商业化生产，用于治疗烧伤患者。
釜山国立大学生物融合工程系金炳秀教授开发了一种使用3D打印机制造皮肤表皮层的技术，并于2023年宣布了该技术具备量产的可能性。研究人员使用含有角质细胞的明胶作为生物墨水。当打印到皮肤位置时，明胶融化，一层角质细胞留在皮肤上以取代原有的皮肤。
(全文结束)
