我或许需要块“豆腐”补补脑子（上）—“豆腐”篇

原创 2017-11-28 苏云菌 脑人言

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撰文：苏云菌

编辑：X

民间一直流传着一句话，叫“缺啥补啥”，于是人们开始通过食补提升各种自身机能。此刻也许很多人在因为时间精力不够，从而觉得“我可能需要补补脑子”。放心，也许在不久的将来，科学怪蜀黍们真的可能直接给你补补脑子。因为通过现代生命科学的体外培养技术，科学怪蜀黍们已经开始了从细胞，组织，器官甚至未来到个体进行了一系列的探索。今天我们也将给大家一一讲述如何制造那块补脑子用的“豆腐”。

如果我们把受精卵变成生命个体的过程类比古代的军队建设，首先受精卵通过不断的细胞分裂（抓壮丁），同时进行着不断的分化（培训特化性能，不同兵种），进而形成一个有功能的器官（各兵种集合而成的部队），最终形成一个有功能的个体（强大的国防）。在这些不同的层面上面科学怪蜀黍们开了一系列的脑洞，进行了各种神奇的探索。首先，由于生物细胞全能性的原因（一般来说，植物的全能性比动物的全能性高，进化等级低的动物的全能性比进化等级高的动物的全能性高），科学怪蜀黍们在体外已经进行了成功的植物组织培养技术，也就是，可以取出单个或者少数的细胞就可以在体外培养，从而形成完整的植株（妈！这些科学怪人竟然在果冻上面种花和水稻）。

图A 植物组织培养的胡萝卜图B 试管花卉图C 植物组培水稻（图片来自某个世界上不存在的网站google）

但是对于动物而言，很难从动物体提出单个细胞在体外形成一个完整的生物个体（少数未知低等动物除外，此处请忽略体外受精的试管婴儿技术，因为试管婴儿在进行一定的细胞分裂后还是要植入母体进行发育的，不太可能从试管里面长出熊孩子出来）。如果一对夫妇无法正常的受孕，这个时候我们会推荐其去检查，是否适合做试管婴儿，但是如果这对夫妇无法形成正常的生殖细胞怎么办？那我们是否可以把其身上任意的细胞变成生殖细胞，从而进行体外受精，最终产生健康的胎儿呢？（哇！天才一般的脑洞！其实科学家怪蜀黍们早已经想到了这一点）

那么这个过程中就需要将一种已经分化的细胞变成另一种分化类群的细胞，我们称这个过程叫做转分化（将一群骑兵改装训成一群炮兵）。这个时候，我们就可以利用自己体内的细胞来产生需要的组织的细胞，那么这个时候就可以真正一定程度从细胞水平进行缺啥补啥。特别是对于一些单基因突变从而影响了少数细胞群的遗传疾病，将个体中提取出来的细胞进行基因编辑，然后进行转分化，最后导入个体体内，就可以根本上解决因为自身细胞的缺陷导致的疾病问题。例如果壳有关蝴蝶男孩的报道，最终通过上述方法成功地让男孩换上了新的皮肤。

下图A中关于各种转分化的发展，其中特别是利用成纤维细胞（Fibroblasts）转变成诱导多能干细胞（iPSC），进而可以产生多种不同种类的细胞的研究（感兴趣可以查看：2012年日本科学家山中伸弥因为这个发现得到诺贝尔生理学和医学奖的故事）。

图A 转分化研究的发展图B 利用体细胞转分化进行治疗的示意图图C “皮肤细胞贴片”。图片来源不存在的网站google和CMR Unimor

我们已经可以开始一定程度上缺什么细胞补什么细胞了，那么从组织器官水平呢？在中国每年有大量的病人因为各种器官衰竭以及各种事故从而急需进行器官移植。既然我们已经可以从人体中取出细胞然后转分化成多种类群的细胞，那么我们是否可以在体外培养一个器官，然后再移植回患者体内，从而给病人带来福音？答案是肯定的，但是还有一定的路要走，因为就像做房子，我们只有各种原材料，但是不懂得各种材料之间的组合原则，以及对于房子本身的结构不清楚，我们就不能制造出稳固而有个性的房子。同样的道理，如果我们对于我们所做的器官的结构构造如果不了解的话，我们很难通过简单的堆砌来形成一个有功能可用的器官，其中有一些成功的案例，特别是对于结构相对简单的组织器官，例如：2013年，中国科学院广州生物医药与健康研究院院长裴端卿与他的团队从尿液里找到“不老泉”，成功提取稳定的多能干细胞，并成功地培育出了人类的再生牙齿。（《开讲啦》 20160319 裴端卿：用“万能细胞”延缓衰老是可行的）这样未来我们只需要尿液里面提取一些细胞，产生真正的牙齿，而非假牙（我感觉我的牙里面有股销魂的味道）。

牙齿生物工程的示意图（图片来自某个世界上不存在的网站google）

也许牙齿的结构相对来说还是比较简单的，那么如果我们想要进行更加复杂的器官的构建，该如何进行呢？这个时候我们可能需要一个结构比较特殊的脚手架，好比就是一个类似我们制造的器官的模具，然后我们让患者体内提取出来的相关细胞转分化然后在其中生长，在一定的条件和生长因子的作用下，可以使其能够长成一个可用的有功能的器官。2011年英国伦敦的科学家制造了人工气管，并且随后医生成功地将其移植到了一个36岁患气管癌的患者体内，并且该患者随后康复出院。

左图是气管的实物图以及脚手架的示意图[1]，右图是形成的真实气管的图片[2]

那么对于那些比较复杂的器官怎么办？也许有一种技术会对此非常有帮助，那就是利用3D打印技术来进行器官的构建，我们可以利用其来进行器官模具的构建，然后来进行复杂器官的复制克隆。另外，如果我们将各种细胞作为原料，是否可以实现直接3D打印器官，而不需要模具来支撑呢？对于这些替代修复，存在的最大的问题应该就是来自于对于结构的了解以及技术上面的阻碍，不过相信未来都会有很大的突破。（老板，来两个大腰子！）

（1）3D打印的肾脏，耳朵，手指；（2）3D打印的人脑模型；（图片来自某个世界上不存在的网站google）

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好啦，我们已经成功讲解了补皮肤，补牙，补肾的原理，大家也就了解了我们如何来制造补脑子用的“豆腐”，这块“豆腐”有可能是细胞层面，也有可能是组织层面甚至是微器官层面。我们也需要用干细胞来分化出神经细胞出来，也可以用其它的细胞转分化，从而来做这块豆腐。用这块“豆腐”如何来补脑子呢？是否能够对于超级复杂的神经系统有效果呢？

欢迎继续收看，我或许需要块“豆腐”补补脑子（下）—补脑篇！

参考文献

[1] The Lancet Editors. Expression of concern—Tracheobronchial transplantation with a stem-cell-seeded bioartificial nanocomposite: a proof-of-concept study[J]. Lancet, 2011, 378(9808):1997-2004.

[2] Gholipourmalekabadi M, Zhao S, Harrison B S, et al. Oxygen-Generating Biomaterials: A New, Viable Paradigm for Tissue Engineering?[J]. Trends in Biotechnology, 2016, 34(12):1010–1021.

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