约2010年，迈克尔·里德尔是德克萨斯大学医学分部（UTMB）的一名经济拮据的医学生，当时已年近四十，需要养活妻子和四个孩子。一天，里德尔走进加尔维斯顿的一家宠物店，注意到一个20美元、容量3.5加仑的鱼缸——他不是把它当作宠物的家，而是因为这个鱼缸在他眼中惊人地类似于人体胸腔。里德尔用它建造了据他描述为世界上第一个大型肺部生物反应器，这是一个旨在体外培育活肺的装置。
该设备帮助研究人员培育出可移植到猪体内的工程猪肺，以及里德尔所描述的在实验室中培育出的第一个人类肺部。他最终将设计卖给了马萨诸塞州的实验室设备公司哈佛仪器（Harvard Apparatus），该公司的商业版本帮助推动了再生医学的最大目标之一：利用患者自身细胞培育替代器官。如今，里德尔已是一名医学博士，也是德克萨斯州生物技术公司Mesogen的首席执行官，该公司致力于开发个性化细胞疗法。他的故事具备好莱坞励志电影的所有元素。同时，他帮助开创的技术也让人联想到玛丽·雪莱《弗兰肯斯坦》中的诡异回声——但这次带有希望的转折。科学家们并非将不同人的身体部位缝合在一起，而是尝试利用人体自身的细胞来重建身体。
里德尔与UTMB其他肺部生物工程研究人员共同开发的技术理念看似简单。首先，团队对临床上无法再使用的供体肺进行"脱细胞化"处理，洗去其原始细胞，同时留下一个幽灵般的白色生物支架——这是一个复杂的蛋白质和微观结构框架，仍保留着器官的形状。然后，他们通过添加预期接受者的细胞来"再细胞化"，希望将注定成为医疗废物的器官转变为新的、个性化的替代品。
这一概念已在小鼠身上成功实现。在UTMB实验室工作期间，里德尔看到研究人员常规地对小鼠肺进行脱细胞化和再细胞化。但当他询问为何不将这一过程扩大到人类和大型动物时，他得到了两个答案："脱细胞化一个大型猪肺需要五个月时间"，以及"没有足够大的生物反应器来培育肺部"。
但随后，解剖学上的一个意外特点带来了突破：肺部在任何液体中都会漂浮。"没有办法将肺部的所有空气排出，"里德尔说。起初，他将此视为障碍并试图挤压出空气，但未能成功。
"无论我尝试做什么，它都会漂浮，"他想道。"所以我决定利用这一点来为我所用。"
里德尔没有对抗浮力，而是将猪肺倒置，并将气管（人体主要气道）连接到水箱底部的管道上。这使得器官能够悬浮而不压缩其脆弱的血管。然后，他同时通过肺部的血管和气道泵入洗涤剂溶液。据里德尔称，这种方法将脱细胞化一个猪肺所需的时间从大约五个月缩短至仅仅三天。
UTMB的研究人员后来将工程肺移植到猪体内。这些"重建肺部"与动物身体整合，并持续成熟长达两个月，没有出现排斥或重大并发症的迹象，尽管它们还不能作为猪的唯一肺部发挥作用。该团队还使用生物支架和干细胞在实验室中培育出据其描述为第一个人类肺部。这些工作共同表明，研究人员能够剥离人体大小肺部的原始细胞，用新细胞重新填充，并在体外培育它们。
但为什么要费尽周折地培育肺部呢？
答案在于捐赠器官的严重且长期的短缺。仅在美国，任何时候都有超过10万人在等待移植。与此同时，只有约20%至30%的捐赠肺最终能够用于患者。
"许多为移植采集的肺因无法及时找到捐赠者而'超时'，或者肺部本身存在不适合移植的问题，"里德尔说。"因此，有许多许多肺部——以及其他组织——最终被丢弃。"
肺部生物工程的前提是通过脱细胞化和再细胞化来挽救其中一些被丢弃的器官。但这种方法还提供了另一个潜在优势。
传统器官受体接收的是来自其他人的"同种异体"器官。这通常需要终身使用免疫抑制药物，因为免疫系统非常善于区分"自我"和"非自我"。如果没有这些药物，你的身体可能会迅速将移植器官识别为外来组织并进行攻击。权衡的结果很严峻：虽然免疫抑制保护了移植器官，但也使患者更容易感染，并削弱了身体对抗新出现癌细胞的自然防御能力之一。研究人员希望，利用患者自身细胞重建器官将完全避免这一问题。
"为了对患者进行安全治疗，细胞必须来自患者本人，"里德尔说。无论是针对肺部还是更新的项目（包括针对退行性眼病和1型糖尿病的实验性疗法），核心思想保持不变：利用身体自身细胞重建疾病所破坏的部分。
这一影响可能远远超出器官移植。如果研究人员能够可靠地在实验室中培育人体组织和器官，他们最终可能能够在活体人类器官上直接测试新药，而不是完全依赖动物或简化的实验室模型。例如，一个生物工程肺可以成为实验疗法的试验场，远早于这些疗法应用于患者，帮助研究人员更好地预测哪些治疗方法有效，哪些可能失败。
随着科学家追求这一未来，他们在如何最好地实现这一目标上存在分歧。一些人试图从头开始打印或工程复杂器官。其他人，包括里德尔，则认为更好的方法始于自然本身的设计。
他的哲学很明确：科学家越接近自然的原始设计，他们成功的可能性就越大。为了说明这一点，他引用了再生医学研究员Doris Taylor博士的开创性工作，后者在2000年代末领导了德克萨斯心脏研究所的努力，创建生物工程替代心脏。该过程剥离了供体心脏的细胞并用新细胞重新填充。尽管这些心脏在实验室中跳动，里德尔认为它们从未产生足够的力量来有效泵血。
无论关于最佳方法的争论最终导向何处，研究人员普遍认为里德尔和他的同事们帮助推动了肺部生物工程的发展——即使适合移植的肺部仍遥不可及。
"肺部生物工程工作表明，人体大小的肺部可以转化为细胞支架，然后在专用肺部生物反应器中部分重新填充几种人类肺部细胞类型，"卡内基梅隆大学生物医学工程副教授Charlie Ren博士说。
然而，Ren提醒说，将废弃肺转化为适合移植的替代器官仍然是一个长期目标。他说，研究人员仍需生成足够多的患者特异性细胞，重新填充肺部的每个部分，实现可靠的气体交换，并开发能够规模化的工作制造方法。
尽管如此，他相信器官生物工程这一蓬勃发展的技术可能在未来几十年内改变医疗保健。它可能越来越强调修复和再生，同时使专门的制造中心能够安静地培育患者所需的组织和器官，而不是等待悲剧来提供它们。
这些障碍是巨大的。但里德尔认为，最好通过与生物学合作而不是试图超越它来解决它们。即使来自他称为"非常聪明"的科学家，他也对完全从头构建高度复杂器官的努力持怀疑态度。他认为，现有的生物结构、发育过程和患者自身的细胞已经提供了最佳起点。
谁能想到，在雪莱构思她那拼凑的生物两个多世纪后，《弗兰肯斯坦》创造的最接近近似物将不是始于墓地，而是始于手术室——在那里，注定要被丢弃的器官可能有一天会重获新生，前提是科学家只使用要拯救的人自身的细胞？
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