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在塑料箱裡患心臟病

2002年1月1日

假如你看到像略爾這樣的科學家正在進行什麼樣的試驗,你就可以感覺到,要想給這一問題以可靠的回答,他們還要走多遠的路。

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外科手術的醫生們圖片來源: AP

這只小白鼠離開籠子的時候,還是健康無恙的。回來時,卻已經是帶著心肌梗塞的痕跡了。當科隆大學的科研工作者略爾,把它放回到塑料制的籠子裡那層木屑上時,它先是呆在原地,快速呼吸幾下,隨後便很快地掙扎著爬起來,開始在塑料箱裡游轉。

在此之前,略爾通過人工手段,讓這只白鼠患了一次心肌梗塞。這位就職於科隆大學神經生理學研究所的外科醫生,現在正在準備下一隻白鼠的手術。他學的本事,本來是用來給人做外科手術的,但是去年他卻打開了200多只白鼠的胸腔。今天要上手術台的,是三隻。

現在,他把第二隻白鼠放進一個有機玻璃箱裡,讓它呼吸特殊的氣體,進行全身麻醉。隨後,他在已經失去知覺的小白鼠的氣管上,插入一根管子,把腿、腦袋和尾巴用膠布固定好,啟動人工呼吸器。

當小白鼠的胸腔開始有規律地上下起伏後,略爾小心翼翼地切開它肋骨上的皮膚和肌肉,人指甲尖大小的白鼠心臟便暴露無遺:每小時400下的搏動速度,使它看上去更像是在神經質地抽動,而不是在跳動。

真正的實驗部分,現在才開始。略爾用一隻小小的勺子,把白鼠的心臟提起來一點兒,騰出另一隻手,把一根銅桿的端部,壓在白鼠的心尖上。這根銅桿的溫度,被冷卻到零下195攝氏度。它所到之處,那裡的組織便吱吱地急速冷凍,死亡。心臟組織這樣的損壞,應當類似於心肌梗塞所留下的痕跡。

稍過片刻,略爾便開始了對這個新傷口的治療試驗。他用一根細小的針,把兩滴微小的液體,注入到傷口的周圍。在這兩滴液體中,游動著1萬2千個還很年輕的心肌細胞,是他事先從兩個星期大的白鼠胚胎上攝取的,也就是說不是干細胞。

儘管如此,略爾此時在白鼠身上所進行的試驗,還是為了回答干細胞研究的關鍵問題,即心肌梗塞給心臟所造成的損害,是否可以利用干細胞予以修補。假如可以的話,哪種細胞最合適,是胚胎干細胞呢,還是從成年人身上攝取的干細胞?出於倫理道德的考慮,對前者的應用,德國社會討論得非常激烈,聯邦議會已經計劃明年一月做出決議。成年干細胞則不存在倫理問題,因為每個人的骨髓裡都有,不需要破壞無辜的胚胎。

用干細胞治療心肌梗塞的研究

全世界現在有50多個科研小組都在尋求這一問題的答案,僅在德國,就有6個以上。在所有干細胞療法的嘗試中,醫治心肌梗塞的工作,最吸引科學家們的興趣。科隆這一研究所的所長海舍勒教授介紹說:「研究心肌梗塞的療效,是探討干細胞究竟有多大潛力的最快途徑。」

至今,不僅只是來自他的實驗室的動物實驗結果,令人興奮,就是美國國家衞生研究所以奧爾利克為首的科學家們,今年4月也報告了他們把從白鼠骨髓裡攝取的干細胞,注射到心肌梗塞點的試驗。他們發現,這些在一般情況下是為了發育成血液細胞的成年干細胞,也移動到心肌梗塞的傷口處,看來也在那裡轉化成為心肌細胞。今年8月,這個小組又報告說,通過使用藥物,也可以吸引這些干細胞,離開骨髓,進入血液,其中有些甚至自己找到了心臟。

奧爾利克小組的科研結果,啟發了杜塞道夫、羅斯多克和維也納的心臟病專家,試驗性地在一部分患者身上,把從他們自己的骨髓中攝取的干細胞,注射到被損壞的心臟裡。最近,在美國心臟學會的年會上,日本學者也報告了他們早在1999年就開始在人身上進行了類似的試驗。但是所有這些試驗,至今都沒能提供確鑿的證據,證明干細胞療法對患者有所幫助。

這樣,心肌梗塞至今依然還是不治之症。德國每年大約有36萬人會遇到心肌梗塞,因為一小塊瘀血堵塞了冠狀動脈。部分心肌往往是在幾分鐘之內,就被損壞得如此嚴重,以至於無法再恢復。不知為什麼,心臟自己不會通過生成新的心肌細胞,來修補缺陷。往往是無力的結締組織,草草地蓋住有時可大到酒瓶蓋大小的損傷處。這塊疤痕迫使心髒的剩餘部分,加班工作。而這一部分心臟,則嘗試通過肌肉生長,來承受這額外的負荷。但是幾年之後,這種額外的生長,便會帶來問題:肌肉過大,導致心臟功率的下降。患者先是上樓梯吃力,然後是穿衣困難,最後連起床都費勁。

這,也就是衡量細胞療法的準則。它可以拖延心臟功能衰弱的過程,甚至於阻止其發生嗎?假如你看到像略爾這樣的科學家正在進行什麼樣的試驗,你就可以感覺到,要想給這一問題以可靠的回答,他們還要走多遠的路。而且,科隆200多只白鼠的試驗系列,還屬於至今最大規模的干細胞療法研究。海舍勒介紹說:「我們想一開始就回答,心臟受到嚴重損傷後,注射細胞是否真的可以帶來可覺察到的好轉。」

為此,醫生們需要進行比較。因此,在冷凍損傷後,略爾只在一半的白鼠身上,注射進年輕的心肌細胞,另一半隻注射鹽水。結果表明,經歷人為的心肌梗塞後,注射心肌細胞的白鼠的存活幾率,明顯地高於沒有注射細胞的白鼠。解剖分析顯示,那些年輕的細胞也移動到了傷口裡。科隆干細胞項目負責人弗萊施曼介紹說:「在這裡,它們開始發育成功能健全的心肌細胞。看來,這種修補機制原則上來說不是不可能的。」

這位醫學家知道,他為什麼要這樣謹慎措詞,因為對白鼠心臟的解剖分析也表明,傷疤還在。此外,對心跳力度的測量顯示,傷疤部位的力度,就是經過了干細胞的加強,也還只是達到健康心肌力度的十分之一。儘管如此,這一結果還是為科學家們提供了足夠的理由,計劃下一個系列的試驗。這一次,他們準備使用白鼠的胚胎干細胞,因為從理論上來說,人們將來也可以使用人類的相應細胞,為心肌梗塞患者提供治療。這種干細胞是可以在試管裡進行培植的。科隆的這個科研小組,現在也在試圖和其他從事成年干細胞研究的德國小組進行合作。海舍勒表示,就是成年干細胞,在治療心肌梗塞方面,也具備一定的潛力。

這位教授所領導的研究所,幾年前就開始使用白鼠的胚胎干細胞進行試驗了,只是至今還沒有用在心肌梗塞療法上。幾個月前,他們也從美國訂了一批人類的胚胎干細胞,但是這些細胞都沒能存活。海舍勒毫不忌諱地告知他準備再試一批的打算。不過,他想先等一下,看一月份德國議會和德國科研協會對胚胎干細胞的研究,採取什麼態度。他說:「我們非常關心討論的結果將會如何。」

目前,這個科研小組暫時還只對白鼠的胚胎干細胞進行試驗。其中一部分干細胞系,還是他們20年前從白鼠的胚胎中贏取的。從那時起,這些細胞就在不斷繁殖,既不衰老,也不變化。一旦培養方法正確,胚胎干細胞就處於永恆的止步不前的狀態。然而,當科研人員改變一下其生存條件,這些細胞就會很快地做出一連串的決定,隨後,某些將會轉變成神經細胞,另一些則會變成造皮膚,造肝,或者造骨骼的細胞。

海舍勒領導的科研小組已經掌握了讓白鼠的胚胎干細胞,成長為心肌細胞的技術。在顯微鏡下,這種細胞很容易被辨認出來:甚至在培養器皿中,它們就已經開始抽動了,並且自己決定抽動的頻率。在下一個試驗系列中,科隆的研究人員就是準備把從胚胎干細胞中培養出來的這種心肌細胞,注射到白鼠的心臟裡的。它們會不會也適應動物的心臟?會不會真的成長為功能齊全的心肌細胞?

弗萊施曼表示:「我們還必須檢驗許許多多的細節。」心肌細胞必須和周圍的組織緊密連接,否則就會有心率不齊的風險。還有,它們也必須對正確的荷爾蒙做出反應。這位醫生強調說:「單憑一個細胞看上去像心肌細胞這一點,還並不能說明它也真的能起到心肌細胞的作用。」