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在塑料箱里患心脏病

2002年1月1日

假如你看到像略尔这样的科学家正在进行什么样的试验,你就可以感觉到,要想给这一问题以可靠的回答,他们还要走多远的路。

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外科手术的医生们图像来源: AP

这只小白鼠离开笼子的时候,还是健康无恙的。回来时,却已经是带着心肌梗塞的痕迹了。当科隆大学的科研工作者略尔,把它放回到塑料制的笼子里那层木屑上时,它先是呆在原地,快速呼吸几下,随后便很快地挣扎着爬起来,开始在塑料箱里游转。

在此之前,略尔通过人工手段,让这只白鼠患了一次心肌梗塞。这位就职于科隆大学神经生理学研究所的外科医生,现在正在准备下一只白鼠的手术。他学的本事,本来是用来给人做外科手术的,但是去年他却打开了200多只白鼠的胸腔。今天要上手术台的,是三只。

现在,他把第二只白鼠放进一个有机玻璃箱里,让它呼吸特殊的气体,进行全身麻醉。随后,他在已经失去知觉的小白鼠的气管上,插入一根管子,把腿、脑袋和尾巴用胶布固定好,启动人工呼吸器。

当小白鼠的胸腔开始有规律地上下起伏后,略尔小心翼翼地切开它肋骨上的皮肤和肌肉,人指甲尖大小的白鼠心脏便暴露无遗:每小时400下的搏动速度,使它看上去更像是在神经质地抽动,而不是在跳动。

真正的实验部分,现在才开始。略尔用一只小小的勺子,把白鼠的心脏提起来一点儿,腾出另一只手,把一根铜杆的端部,压在白鼠的心尖上。这根铜杆的温度,被冷却到零下195摄氏度。它所到之处,那里的组织便吱吱地急速冷冻,死亡。心脏组织这样的损坏,应当类似于心肌梗塞所留下的痕迹。

稍过片刻,略尔便开始了对这个新伤口的治疗试验。他用一根细小的针,把两滴微小的液体,注入到伤口的周围。在这两滴液体中,游动着1万2千个还很年轻的心肌细胞,是他事先从两个星期大的白鼠胚胎上摄取的,也就是说不是干细胞。

尽管如此,略尔此时在白鼠身上所进行的试验,还是为了回答干细胞研究的关键问题,即心肌梗塞给心脏所造成的损害,是否可以利用干细胞予以修补。假如可以的话,哪种细胞最合适,是胚胎干细胞呢,还是从成年人身上摄取的干细胞?出于伦理道德的考虑,对前者的应用,德国社会讨论得非常激烈,联邦议会已经计划明年一月做出决议。成年干细胞则不存在伦理问题,因为每个人的骨髓里都有,不需要破坏无辜的胚胎。

用干细胞治疗心肌梗塞的研究

全世界现在有50多个科研小组都在寻求这一问题的答案,仅在德国,就有6个以上。在所有干细胞疗法的尝试中,医治心肌梗塞的工作,最吸引科学家们的兴趣。科隆这一研究所的所长海舍勒教授介绍说:“研究心肌梗塞的疗效,是探讨干细胞究竟有多大潜力的最快途径。”

至今,不仅只是来自他的实验室的动物实验结果,令人兴奋,就是美国国家卫生研究所以奥尔利克为首的科学家们,今年4月也报告了他们把从白鼠骨髓里摄取的干细胞,注射到心肌梗塞点的试验。他们发现,这些在一般情况下是为了发育成血液细胞的成年干细胞,也移动到心肌梗塞的伤口处,看来也在那里转化成为心肌细胞。今年8月,这个小组又报告说,通过使用药物,也可以吸引这些干细胞,离开骨髓,进入血液,其中有些甚至自己找到了心脏。

奥尔利克小组的科研结果,启发了杜塞尔多夫、罗斯多克和维也纳的心脏病专家,试验性地在一部分患者身上,把从他们自己的骨髓中摄取的干细胞,注射到被损坏的心脏里。最近,在美国心脏学会的年会上,日本学者也报告了他们早在1999年就开始在人身上进行了类似的试验。但是所有这些试验,至今都没能提供确凿的证据,证明干细胞疗法对患者有所帮助。

这样,心肌梗塞至今依然还是不治之症。德国每年大约有36万人会遇到心肌梗塞,因为一小块瘀血堵塞了冠状动脉。部分心肌往往是在几分钟之内,就被损坏得如此严重,以至于无法再恢复。不知为什么,心脏自己不会通过生成新的心肌细胞,来修补缺陷。往往是无力的结缔组织,草草地盖住有时可大到酒瓶盖大小的损伤处。这块疤痕迫使心脏的剩余部分,加班工作。而这一部分心脏,则尝试通过肌肉生长,来承受这额外的负荷。但是几年之后,这种额外的生长,便会带来问题:肌肉过大,导致心脏功率的下降。患者先是上楼梯吃力,然后是穿衣困难,最后连起床都费劲。

这,也就是衡量细胞疗法的准则。它可以拖延心脏功能衰弱的过程,甚至于阻止其发生吗?假如你看到像略尔这样的科学家正在进行什么样的试验,你就可以感觉到,要想给这一问题以可靠的回答,他们还要走多远的路。而且,科隆200多只白鼠的试验系列,还属于至今最大规模的干细胞疗法研究。海舍勒介绍说:“我们想一开始就回答,心脏受到严重损伤后,注射细胞是否真的可以带来可觉察到的好转。”

为此,医生们需要进行比较。因此,在冷冻损伤后,略尔只在一半的白鼠身上,注射进年轻的心肌细胞,另一半只注射盐水。结果表明,经历人为的心肌梗塞后,注射心肌细胞的白鼠的存活几率,明显地高于没有注射细胞的白鼠。解剖分析显示,那些年轻的细胞也移动到了伤口里。科隆干细胞项目负责人弗莱施曼介绍说:“在这里,它们开始发育成功能健全的心肌细胞。看来,这种修补机制原则上来说不是不可能的。”

这位医学家知道,他为什么要这样谨慎措词,因为对白鼠心脏的解剖分析也表明,伤疤还在。此外,对心跳力度的测量显示,伤疤部位的力度,就是经过了干细胞的加强,也还只是达到健康心肌力度的十分之一。尽管如此,这一结果还是为科学家们提供了足够的理由,计划下一个系列的试验。这一次,他们准备使用白鼠的胚胎干细胞,因为从理论上来说,人们将来也可以使用人类的相应细胞,为心肌梗塞患者提供治疗。这种干细胞是可以在试管里进行培植的。科隆的这个科研小组,现在也在试图和其他从事成年干细胞研究的德国小组进行合作。海舍勒表示,就是成年干细胞,在治疗心肌梗塞方面,也具备一定的潜力。

这位教授所领导的研究所,几年前就开始使用白鼠的胚胎干细胞进行试验了,只是至今还没有用在心肌梗塞疗法上。几个月前,他们也从美国订了一批人类的胚胎干细胞,但是这些细胞都没能存活。海舍勒毫不忌讳地告知他准备再试一批的打算。不过,他想先等一下,看一月份德国议会和德国科研协会对胚胎干细胞的研究,采取什么态度。他说:“我们非常关心讨论的结果将会如何。”

目前,这个科研小组暂时还只对白鼠的胚胎干细胞进行试验。其中一部分干细胞系,还是他们20年前从白鼠的胚胎中赢取的。从那时起,这些细胞就在不断繁殖,既不衰老,也不变化。一旦培养方法正确,胚胎干细胞就处于永恒的止步不前的状态。然而,当科研人员改变一下其生存条件,这些细胞就会很快地做出一连串的决定,随后,某些将会转变成神经细胞,另一些则会变成造皮肤,造肝,或者造骨骼的细胞。

海舍勒领导的科研小组已经掌握了让白鼠的胚胎干细胞,成长为心肌细胞的技术。在显微镜下,这种细胞很容易被辨认出来:甚至在培养器皿中,它们就已经开始抽动了,并且自己决定抽动的频率。在下一个试验系列中,科隆的研究人员就是准备把从胚胎干细胞中培养出来的这种心肌细胞,注射到白鼠的心脏里的。它们会不会也适应动物的心脏?会不会真的成长为功能齐全的心肌细胞?

弗莱施曼表示:“我们还必须检验许许多多的细节。”心肌细胞必须和周围的组织紧密连接,否则就会有心率不齐的风险。还有,它们也必须对正确的荷尔蒙做出反应。这位医生强调说:“单凭一个细胞看上去像心肌细胞这一点,还并不能说明它也真的能起到心肌细胞的作用。”