人工心脏肝脏肾脏等研究进展论文

从人造子宫到人造心脏，从人造骨头到再生肢体……一组不可思议的科学奇迹。 Hung-ChingLiu博士是美国康奈尔大学生殖医学和不育症研究中心的负责人。从2001年起，她的实验室开始以取自人体子宫内膜的细胞为基础。培养单片人体组织。最初的细胞是由不育症患者捐赠的。人造子宫是试管授精研究带来的一个副产品，研究它的目的同样是为了帮助那些不育夫妇。认为她们小组将在5～10年内培育出活的老鼠子宫，而人体子宫还要等上更长的时间。 06年11月英国科学家研制出一个完全模仿人体消化过程的高科技机械，这个由塑料和金属制成的装置是由英国某个食物研究所的MartinWickham博士和同伴研制出来的。它经得起胃里的酸和酶的腐蚀，而且最终可能有助于科研人员开发出超级营养品。人造胃由上下两部分组成，想一个巨型计算机。其上半部分是一个带有蓝色漏斗的圆筒容器，食物被倒入容器内。这里是食物、胃酸和消化酶混合的地方。一旦这一过程完成，食物就会在下面一条银制管子里被碾碎。这条管子装在一个透明盒子里。在我们真正的胃里，食物随后将被人体吸收。其中食物在胃里某个特定部位停留时间的长短、在不同阶段的激素反应等等，都是由电脑完成的。 到目前为止，许多科学家已从生物高分子材料或合成高分子材料中制造出了一二十种人造皮肤。他们把这些材料纺织成带微细孔眼的皮片，上面还盖着一层层薄薄的、模仿“表皮”的制品。 南加利福尼亚大学研制的仿生眼项目——人造视网膜。旨在开发一种可以帮助因衰老或疾病导致视网膜受损的人恢复视力的人造视网膜技术，他们已经在志愿者身上对植入式微型摄像头进行了早期的人体试验。志愿者们佩戴着安装有数字摄像头的太阳镜，视网膜上安装了分布有电极的含银硅脂，数字摄像头将拍摄到的图像以无线的方式传送到硅脂上的16个电极上，电极产生的信号刺激视网膜上的神经细胞，就使盲人“看到”了图像。现在他们预计将来09年投入商业化生产，使更多的人获得光明的同时，也使科学家有足够的经费进行下一步的研究。 1966年，这两位科学家把一些小鼠放入一桶液体中，并将小鼠完全浸没在液面下。按说小鼠应该在数分钟之内死亡，但它们却活了好几个小时。桶中的液体含有碳化氟和水，碳化氟分子同水中的氧气结合，并进入小鼠的血液内。第二年，另一位美国人Henry给几只兔子注射了含有碳化氟和蛋清的混合物。他发现如果这种混合物不超过血液总量的三分之一，兔子就能够成活。第一位接受人造血的是日本科学家内藤良知。1979年，他给自己注射200毫升人造血。如今，医生已经有多种不同配方的人造血供急救用。1980年6月，我国第一次将自己研制的人造血应用于临床，这一年就有14个病人获得满意的结果。人造血管(Artificial Bloodvessels)来自日本北海道大学的科学家们利用从鲑鱼皮中提取的胶原制造全球首例人造血管。日本科学家们还成功利用此人造血管取代老鼠的动脉血管。专家家们称利用鲑鱼皮制造出来的人造血管一点也不逊色于真正的血管。然而，北海道大学的研究人员强调称，利用鲑鱼皮制造人造血管还存在着一个重要的问题需要去解决，那就是利用鲑鱼皮胶原制造出的人造血管热稳定性较差。它的稳定还有待科学家们进一步研究。 美国的科学家日前称，他们最近成功地研制出一种新型的人造肌肉，这种人造肌肉不仅可以自我修复，而且还可以在运动收缩过程中产生电力，这些电力未来甚至可以为你的手机或者MP3播放器充电。人造肌肉可自我修复并发电在最新一期出版的《先进材料》杂志上，美国加州大学的科学家裴齐冰教授公布了他们的这一最新研究成果。作为此次研究的发起人，裴齐冰教授说：“我们已经制造出了一块人造肌肉，它会在通电后膨胀(超过200%)，在运动和能量方面都与人类肌肉非常相似。”尽管人造肌肉已经出现数年了，但是有些人造肌肉因为非常体积大而撕裂，产生不平衡的膜厚度和不规则粒子，从而导致肌肉失灵。研究人员们使用了普遍存在的、柔韧灵活的碳纳米管作为电极，以取代其它含金属的膜，因为后者常常在反复使用后出现故障。如果某个碳纳米管区域失效了，其周围的区域会变为绝缘而自行闭合，以防止故障波及其它区域。裴齐冰教授说：“在我们对这个新设备进行的长期测试中，实际的材料经历了许多事件却仍然能工作。”裴教授所说的“事件”指的是，他们用销钉对人造肌肉进行扎刺，在这种情况下，其它的人造肌肉会失效，而他们的肌肉模型仍能保持运行。此外，这种自我愈合的肌肉还是高效能的。裴教授说：“它能保存70%你输给它的能量。”由于这种材料会在膨胀后收缩，碳纳米管的重新排列会产生一小股电流，这种电流可被用作另一膨胀的能量或被储存在电池中。日本的科学家们利用这一理念从海浪中提取能量为电池充电。其他科学家们推测，这种人造肌肉将可被用来捕获风能。内华达大学雷诺校区的材料科学家金光说：“他将这些碳纳米管放在一起的方法真的非常有创意。一些人想利用它来为电池充电。”能与真人肌肉相媲美研究人员们表示，他们发明的这种人造肌肉伸缩性已能和人的肌肉相媲美，且伸缩性由材料自身性能决定，无需马达、齿轮等复杂装置，体积小、重量轻。研究人员称，他们最新研发的两种人造肌肉性能均非常突出，同时具备燃料电池和肌肉的功能。其中一种人造肌肉采用了含催化剂的碳纳米管电极，可作为燃料电池的电极将化学能转化为电能，也可作为超级电容器的电极来储存电能，还可作肌肉电极将电能再转化为机械能。另外一种人造肌肉也是目前最强健的肌肉，是通过混合燃料和空气中的氧气发生催化反应，将化学能转化成为热能，升高的温度可使制造肌肉的具有形状记忆功能的金属材料用力收缩，冷却后肌肉随之膨胀放松。由于这种燃料电池肌肉所使用的外层涂有纳米颗粒催化剂的形状记忆金属导线，可在市场上买到，这使得它尤其容易在自动装置中得到应用。人造肌肉又叫电活性聚合物，是一种新型智能高分子材料，它能够在外加电场的作用下，通过材料内部结构的改变而伸缩、弯曲、束紧或膨胀，和生物肌肉十分相似。在生物材料医学上，人造器官是指能植入人体或能与生物组织或生物流体相接触的材料，或者说是具有天然器官组织的功能或天然器官部件功能的材料。根据制造器官使用的材料以及其功能，科学将人造器官分为三种：机械性人造器官、半机械性半生物性人造器官、生物性人造器官。其中，前两类型种的人造器官移植后会让患者产生排斥反应，对受体来说，最为感觉舒适无副作用的是最后一种也就是生物性人造器官。未来应用前景广阔人造肌肉具有广阔的应用前景。这种材料做成的人造肌肉能像人类肌肉纤维一样收缩和伸展，并改变胳膊长短。利用人造肌肉收缩和伸展的特性，一旦提供的能量足够，用这些肌肉作成的装置就能够完成跳跃、爬山甚至长途旅行等活动，从而能够做成更像人类的机器人、更轻便灵巧的人造假肢以及塑料心脏或心脏隔膜等与人类器官收缩一致的人造器官。科学家还希望将这些人造肌肉材料用在其他方面，比如用来制作微型阀门、柔软的扬声器以及可触摸界面如显示屏等。迄今为止，人体的器官已经基本都能够制造成功并应用到人体，唯独肌肉没有做到这一步。因此，人造肌肉具有广阔的前景。利用人造肌肉收缩和伸展的特性，一旦提供的能量足够，用这些肌肉作成的装置就能够完成跳跃、爬山甚至长途旅行等活动，从而能够做成更像人类的机器人、更轻便灵巧的人造假肢以及塑料心脏或心脏隔膜等与人类器官收缩一致的人造器官。新研制的靠燃料驱动的人造肌肉很容易进行微型化甚至纳米级设备的生产，采用乙醇或氢等燃料驱动可获得高出目前最先进的充电电池30多倍的能量，使用寿命更长，可在自治机器人、可变形飞行器以及动态盲文显示器等多个领域得到广泛应用。比如可以改进飞行器及航海工具的性能。用酶取代金属催化剂，有朝一日可能研制出以食物为燃料驱动的人造肌肉，用于人体器官包括人造心脏的移植和再造等。 北京时间2010年11月1日消息，据物理学家组织网报道，美国威克弗里斯特大学浸信医学中心再生医学研究所研究人员已经在实验室培植替代肝脏方面达到一个新的转折点，它虽然还只处于早期阶段，但是意义重大。他们是第一批利用人类肝细胞制造出像人类肝脏一样功能齐全的微型肝脏的人。下一步是看一看把这种肝脏移植到动物体内后，它们是否还能继续正常工作。 这项研究成果将于31日在波士顿美国肝病学会年会上公布，它的最终目标是为需要进行肝移植的患者提供替代肝脏，解决捐献肝脏供不应求的问题。除此以外，这种肝脏还能用来试验新药物。再生医学教授和项目主管沙伊·索科尔说：“这项研究将会出现的可能性让我们感到非常兴奋，但它目前还只处于初级阶段，在它为患者谋福利前，还有很多技术障碍需要克服，这让我们感觉压力很大。我们不仅要学会如何一次培植出数十亿个肝细胞，以便制造可以给患者移植的肝脏，而且我们还必须确定这些器官是否可以安全用在患者身上。”这项研究的第一作者佩蒂罗·巴比蒂斯塔表示，这是第一项利用人类肝细胞在实验室里培植肝脏的研究。他说：“我们希望被移植到动物或患者体内后，它们能像在实验室里一样继续正常工作。”为了制作这种器官，科学家利用一种清洗剂把动物肝脏上的所有细胞清除掉(这一过程被称作整体器官脱细胞)，只剩下胶原质“支架”，或称支撑结构。然后用两种人类细胞：被称作起源的未成熟肝细胞和内皮细胞取代原有细胞。利用肝脏里拥有一系列更小脉管的大脉管把这些细胞植入到肝脏支架里。经过整体器官脱细胞过程，这个脉管网络仍保持完好无损。紧接着科学家会把这个肝脏放进一个生物反应器里，它是为整个器官提供恒定流量的营养液和氧气的特殊仪器。在生物反应器里呆上一周后，科学家证实它进一步形成了人类肝脏组织，并产生了与之相关的功能。这时他们会对这个生物工程器官内部的细胞生长情况进行仔细观察。利用动物细胞制作肝脏的能力在以前就得到了证实。然而人们并不清楚能否利用它制作一个功能健全的人类肝脏。研究人员表示，当前这项研究揭示了一种整器官生物工程学方法，结果可能会证明，这项技术不仅对治疗肝病至关重要，而且对肾脏和胰腺等器官的生长也很关键。威克弗里斯特大学浸信医学中心再生医学研究所研的科学家都参与了这个项目和其他很多组织及器官研究项目，而且还在研发用来恢复器官功能的细胞疗法。生物工程肝脏还能用来评估新药的安全性。巴比蒂斯塔说：“这更接近于人类肝脏里的模拟药物新陈代谢，该过程在动物体内很难再现。”