2022年4月17日，“科普中國(guó)-我是科學(xué)家”第37期“健康的防線”演講現(xiàn)場(chǎng)，中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員、再生醫(yī)學(xué)研究中心主任、中國(guó)細(xì)胞生物學(xué)會(huì)干細(xì)胞分會(huì)秘書長(zhǎng)戴建武帶來(lái)演講《人體組織器官修復(fù)，再生醫(yī)學(xué)走出科幻》。
以下為戴建武演講實(shí)錄：
2022.4.17 北京
大家好，我叫戴建武，來(lái)自中國(guó)科學(xué)院，從事再生醫(yī)學(xué)研究。
剛才陶勇醫(yī)生講了眼科的故事。我們知道，眼科里面有一種手術(shù)叫角膜移植，能讓很多因?yàn)榻悄ぜ膊∈鞯娜酥匾姽饷?。其?shí)隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展，器官移植已經(jīng)不局限于一種，有十來(lái)種——包括我們常見的主要器官心肝肺腎——都可以移植了。
器官移植往往是治療器官衰竭的最后一個(gè)辦法，但目前仍有很多障礙。比如，器官移植的病人一輩子都要吃抗排斥反應(yīng)藥物，對(duì)自身免疫系統(tǒng)也有很多的壓制，所以有很多副作用。當(dāng)然最大的障礙來(lái)源于供求關(guān)系，我國(guó)有幾十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)人等待器官移植，但能等到器官供給的大概也就1%。
無(wú)論是過(guò)去的神話，還是現(xiàn)在的科幻，器官能不能再生都是一個(gè)主題。人類非常夢(mèng)想器官能再生，但是可惜很難，因?yàn)閺倪M(jìn)化角度來(lái)講，人的器官經(jīng)過(guò)多少萬(wàn)年的進(jìn)化，高度復(fù)雜，同時(shí)喪失了很多再生能力；反倒是低等生物像視頻里面的蠑螈，如果把它的四肢剪掉，兩個(gè)月內(nèi)肯定能長(zhǎng)出一模一樣的。
這些年來(lái)，人們把器官再生的希望都放在新的一個(gè)學(xué)科上，叫再生醫(yī)學(xué)，也就是我今天給大家要講的一些故事。大家可能對(duì)再生醫(yī)學(xué)多少有些了解，因?yàn)楹芏嗳硕悸犝f(shuō)過(guò)干細(xì)胞，但這里面其實(shí)存在對(duì)再生醫(yī)學(xué)理解的片面性，因?yàn)楦杉?xì)胞雖然是再生醫(yī)學(xué)中很重要的部分，但不是全部。
我自己認(rèn)為再生醫(yī)學(xué)是個(gè)系統(tǒng)工程，需要有支架材料來(lái)確定細(xì)胞的位置和調(diào)控細(xì)胞的功能，另外還需要各種再生因子幫助細(xì)胞生存、分化和生長(zhǎng)，干細(xì)胞只不過(guò)是一個(gè)細(xì)胞的種子。再生醫(yī)學(xué)其實(shí)跟蓋房子一樣，如果只有磚（干細(xì)胞），肯定建不起大樓，因?yàn)樾枰軓?qiáng)的鋼筋支架（生物支架材料）來(lái)支撐整個(gè)房子；如果有磚、有鋼筋，你可以蓋出這個(gè)房子，但還沒(méi)有功能，需要水暖電通（再生因子）等等。所以，我自己理解的再生醫(yī)學(xué)，是基于生物支架材料，結(jié)合干細(xì)胞和各種再生因子，來(lái)修復(fù)、重建和制造人體想要的組織器官。
我是2001年回國(guó)的，回國(guó)第一件事就是建立再生醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室。建立實(shí)驗(yàn)室后，首先要確定它的科學(xué)問(wèn)題，我們把最難的再生醫(yī)學(xué)的問(wèn)題——脊髓損傷作為實(shí)驗(yàn)室攻關(guān)的方向。有很多人勸我，說(shuō)戴老師你可以考慮容易一點(diǎn)的，這樣容易出成果。但當(dāng)你看到脊髓損傷病人的時(shí)候，就覺(jué)得這些問(wèn)題一定要有人努力去解決。
在我國(guó)，每年大概有十到十四萬(wàn)因?yàn)槭鹿?、工傷或疾病?dǎo)致的脊髓損傷。在我們國(guó)家現(xiàn)生活著兩百萬(wàn)以上的脊髓損傷病人，大部分是年輕的個(gè)體，雖然他們的生存力沒(méi)有大的變化，但沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和護(hù)理工作會(huì)把家庭拖垮。
脊髓是我們脊柱里面的一個(gè)神經(jīng)通路，就跟電纜似的，大腦的指揮行動(dòng)信號(hào)通過(guò)它傳到四肢，四肢的感覺(jué)通過(guò)它上傳到大腦。但是，如果頸段、胸段、腰段的任何一個(gè)部位（比如視頻中的紅點(diǎn)部分）發(fā)生損傷，信號(hào)通路就會(huì)中止，損傷位點(diǎn)的下部就沒(méi)有感覺(jué)了，我們叫截癱。
為什么脊髓損傷修復(fù)為什么這么難？因?yàn)槔碚撋霞顾杞M織根本就不能再生，它不像我們經(jīng)常聽說(shuō)的“傷筋動(dòng)骨一百天”。骨和皮膚的損傷有一個(gè)自愈過(guò)程，一旦損傷，就會(huì)有大量的干細(xì)胞或生長(zhǎng)因子到損傷部位幫助再生。但脊髓損傷不一樣，包括腦損傷也不一樣，中樞神經(jīng)不能再生的原因是從保護(hù)角度，一旦損傷以后，它會(huì)大量形成膠質(zhì)瘢痕，防止損傷進(jìn)一步擴(kuò)展，同時(shí)也阻礙了再生。所以我們?cè)诩顾钃p傷和再生研究過(guò)程中，主要思考的是怎么去重建一個(gè)再生的微環(huán)境。
“微環(huán)境”這個(gè)名詞聽起來(lái)很抽象，大家可能聽到更多的是宏觀的商業(yè)環(huán)境、生活環(huán)境等等，其實(shí)我們?nèi)魏我粋€(gè)組織取出芝麻粒、小米粒那么大，放在顯微鏡下看，大概都是上圖左側(cè)的結(jié)構(gòu)，有很多的支架、外基質(zhì)和結(jié)構(gòu)蛋白來(lái)支撐各種細(xì)胞位置和存在；另外還有很多的再生因子和信號(hào)分子，通過(guò)支架材料形成的濃度梯度，支撐細(xì)胞的生成和分化。要讓它從一個(gè)抑制再生微環(huán)境變成促進(jìn)再生微環(huán)境，就需要利用生物材料來(lái)調(diào)控細(xì)胞，調(diào)控生長(zhǎng)因子的分布，需要核心的技術(shù)。
過(guò)去二十年，我們大概做了兩個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)。
第一個(gè)是通過(guò)修飾生物材料，讓生物材料具有調(diào)控各種生長(zhǎng)因子在液體里面的空間分布，包括形成梯度的能力。到現(xiàn)在為止，這應(yīng)該也是領(lǐng)域里面最前沿的技術(shù)。同樣，我們可以把細(xì)胞定位在液體環(huán)境中，通過(guò)支架的作用調(diào)控細(xì)胞和生長(zhǎng)因子，重建再生微環(huán)境。通過(guò)這個(gè)理論，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)針對(duì)脊髓組織再生的支架材料產(chǎn)品，這也是世界上第一個(gè)這樣的產(chǎn)品。
大家可以看到照片，支架由一個(gè)縱向排列的膠原纖維組成，它實(shí)際上是引導(dǎo)神經(jīng)沿著這個(gè)方向生長(zhǎng)。
所以把這個(gè)產(chǎn)品植到脊髓完全損傷的動(dòng)物體內(nèi)以后，大家可以看到兩個(gè)月的時(shí)候動(dòng)物其實(shí)沒(méi)有功能的恢復(fù)，但第三個(gè)月第四個(gè)月的時(shí)候，狗已經(jīng)可以慢慢站起來(lái)，而且自己走。這是第一次我們看到一個(gè)產(chǎn)品能夠真正地引導(dǎo)脊髓組織再生。
作為一個(gè)產(chǎn)品，它作用的機(jī)理是什么？傳統(tǒng)上大家都認(rèn)為神經(jīng)的再生會(huì)每周或者每天長(zhǎng)一毫米或零點(diǎn)幾個(gè)毫米，其實(shí)這是針對(duì)可以再生的外周神經(jīng)，損傷后過(guò)了一段時(shí)間功能會(huì)慢慢恢復(fù)，但中樞神經(jīng)做不到，所以我們只能通過(guò)二十年積累的數(shù)據(jù)來(lái)提出自己的理論。
我們發(fā)現(xiàn)脊髓損傷可以激活很多細(xì)胞，比如說(shuō)膠質(zhì)細(xì)胞可以分化為Nestin陽(yáng)性的神經(jīng)干細(xì)胞。這時(shí)，如果引導(dǎo)它分化成為藍(lán)色的神經(jīng)元，這些神經(jīng)元就可以跟正常組織的神經(jīng)形成連接。就像我們看打仗的電影，電話線被炸斷了以后接不上，干脆戰(zhàn)士就會(huì)拿兩個(gè)手給連上。我覺(jué)得現(xiàn)在我們完成的脊髓損傷再生的機(jī)理基本上就是這樣，連接損傷部位兩個(gè)斷端的神經(jīng)，讓神經(jīng)遞質(zhì)得以傳播，從而恢復(fù)功能。
這個(gè)產(chǎn)品我們從2014年開始準(zhǔn)備臨床，2015年1月16號(hào)第一個(gè)病人正式入組，到現(xiàn)在為止已經(jīng)進(jìn)行了7年時(shí)間，一共有一百多個(gè)病人進(jìn)行了臨床試驗(yàn)。去年我們剛剛發(fā)表了一篇51例病人長(zhǎng)達(dá)五年隨訪的論文，證明產(chǎn)品安全，并且對(duì)50%以上患者有效——特別是急性損傷，40%的病人運(yùn)動(dòng)功能可以恢復(fù)。
視頻中的例子是個(gè)年輕女孩，康復(fù)配合非常好，所以她是入組病例一百多個(gè)病人中唯一一個(gè)能夠獨(dú)立行走的。她給了我們很多希望，說(shuō)明脊髓損傷病人并不需要一輩子坐輪椅，他們有站起來(lái)行走的一天。
在這張圖中，我回顧了我們實(shí)驗(yàn)室二十年來(lái)圍繞著脊髓損傷研究的一些里程碑式的工作；但里面有很多東西是寫不上去的，因?yàn)槎际鞘〉墓ぷ鳌?/p>
講到這里，我有兩個(gè)感慨來(lái)跟大家分享：
一個(gè)是，科學(xué)家首先要耐得住寂寞，堅(jiān)持一個(gè)目標(biāo)。脊髓損傷我們堅(jiān)持了二十年，我還有二十年做脊髓損傷，我們要把脊髓損傷的治療做到更高的一個(gè)臺(tái)階上來(lái)。其實(shí)科學(xué)家專注一個(gè)科學(xué)問(wèn)題非常重要，大家可能非常羨慕日本人每年10月份都會(huì)拿諾貝爾獎(jiǎng)，但如果大家去研究這些人，會(huì)發(fā)現(xiàn)他們都是一輩子專注一個(gè)科學(xué)問(wèn)題，不像有些科學(xué)家可能趕這個(gè)熱點(diǎn)趕那個(gè)熱點(diǎn)，最后一事無(wú)成。
第二個(gè)是，科學(xué)家不要怕困難大，我們選擇了最難的一個(gè)科學(xué)問(wèn)題，它讓我們把再生醫(yī)學(xué)的核心技術(shù)做到了極致，反過(guò)來(lái)當(dāng)我們面對(duì)其他容易再生的組織器官時(shí)，會(huì)容易得到成果。
在過(guò)去的十幾年，我們還陸續(xù)開展了其他再生醫(yī)學(xué)的臨床研究，包括子宮內(nèi)膜損傷。
每年我們國(guó)家人工流產(chǎn)手術(shù)的數(shù)量大概在千萬(wàn)例以上，這會(huì)造成很多子宮內(nèi)膜的損傷和瘢痕化，甚至不育。我們當(dāng)時(shí)和南京鼓樓醫(yī)院胡婭麗團(tuán)隊(duì)合作，設(shè)計(jì)了一款膠原膜用來(lái)修復(fù)子宮內(nèi)膜，2013年開始臨床，2014年7月17日第一例子宮內(nèi)膜再生臨床研究的嬰兒誕生，我在產(chǎn)房參與了接生，印象非常深。到現(xiàn)在為止，這項(xiàng)臨床研究已經(jīng)獲得了將近一百例健康的嬰兒，都是通過(guò)子宮內(nèi)膜的再生。
還有一個(gè)跟生殖相關(guān)的，卵巢早衰。有些年輕人19歲20歲就沒(méi)有月經(jīng)了，卵巢就不激活了，所以根本就談不上懷孕和生孩子。對(duì)應(yīng)于卵巢早衰這個(gè)不治之癥，我們跟南京鼓樓醫(yī)院生殖中心孫海翔主任合作，設(shè)計(jì)了個(gè)可注射的支架，主要是引導(dǎo)卵巢周圍的血液循環(huán)，幫助卵巢的發(fā)育。我們發(fā)現(xiàn)二十例病人都能夠激活卵巢，其中有兩例病人懷孕，但有一例可能因?yàn)槟昙o(jì)比較大，胎兒被診斷為21三體綜合征，只能終止妊娠。最后在2018年1月12日，首個(gè)世界上卵巢早衰臨床治療的病人在南京鼓樓醫(yī)院誕生了第一個(gè)嬰兒，這也是一個(gè)標(biāo)志性的成果，證明卵巢早衰再也不是不治之癥。
心肌再生實(shí)際上很難。大家可能認(rèn)為心肌跟脊髓一樣是個(gè)不能再生的組織，但心肌再生需求非常大，我們國(guó)家乃至全世界每年死亡的人數(shù)的一半都是由心血管病和腫瘤造成的。心梗以后，心肌會(huì)纖維化，形成一塊不毛之地，心臟功能減少，代償性肥大，治療的方式也就是支架，然后搭橋，最后心臟移植。
我們把治理沙漠的理念拿來(lái)做心肌再生，如果一個(gè)土地沙漠化了，把水引進(jìn)來(lái)就會(huì)變成綠洲，如果讓壞死的心肌里面長(zhǎng)出血管來(lái)，是不是心肌就能再生？所以我們?cè)O(shè)計(jì)了一款可注射的膠原，發(fā)現(xiàn)在豬的心梗模型上能夠重新讓心肌再長(zhǎng)回來(lái)，在2016年3月又組織了60例心衰病人的臨床，經(jīng)過(guò)一年的隨訪，發(fā)現(xiàn)確確實(shí)實(shí)嚴(yán)重的心衰病人的心肌可以再生。所以我覺(jué)得這個(gè)臨床的意義非常大，可以為我們無(wú)數(shù)心血管病人，特別是心梗病人帶來(lái)希望。這項(xiàng)工作最近發(fā)表在臨床比較有名的JAMA雜志上。
最后，我們還關(guān)心美的問(wèn)題，聲帶再生。我們跟北京協(xié)和醫(yī)院耳鼻喉科金曉峰主任合作，他們帶來(lái)很多病人的需求，說(shuō)這些病人因?yàn)槭裁丛?，說(shuō)話不清楚，不能說(shuō)話，能不能有辦法解決。從聲帶結(jié)構(gòu)上來(lái)講，它就是一個(gè)韌帶，如果韌帶能再生，聲帶就可能能再生。所以我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)可注射的膠原支架用來(lái)修復(fù)聲帶。2016年開始，我們?cè)趨f(xié)和做了20個(gè)病人，結(jié)果證明有效率是百分之百。我們來(lái)聽一個(gè)例子——
聲音高的是治療以后的，聲音低的是治療以前的。后面這個(gè)病人專門來(lái)到我的辦公室，還有金主任一起，過(guò)來(lái)感謝我們。他說(shuō)自己以前說(shuō)話完全沒(méi)有自信，現(xiàn)在他覺(jué)得說(shuō)話比一般人還要洪亮，我也很為他高興。
其實(shí)聲帶的再生有很多可以發(fā)揮的地方。比如，現(xiàn)在很多年輕人都喜歡唱歌，有些高音唱不上去，完全可以用再生醫(yī)學(xué)的方法讓聲帶彈性增加一點(diǎn)，寬度增加一點(diǎn)，可能聲音就洪亮很多，所以我覺(jué)得它還可以給聲音來(lái)美容。
講了這么多，其實(shí)我還回想起一些夢(mèng)想。2014年我因?yàn)樽訉m內(nèi)膜再生的成果被選為中央電視臺(tái)年度科技創(chuàng)新人物，當(dāng)時(shí)我在講演的時(shí)候就提出個(gè)幻想。我說(shuō)人跟汽車是一樣，汽車有4S店可以定期保養(yǎng)，有問(wèn)題的可以維修，有故障的可以換零件，我想再生醫(yī)學(xué)也給人類提供了一個(gè)夢(mèng)想，也可以達(dá)到給人類的身體進(jìn)行維護(hù)維修，甚至進(jìn)行零件的置換。到今天我站在舞臺(tái)上，我覺(jué)得我給大家?guī)?lái)的這個(gè)夢(mèng)想正在變成現(xiàn)實(shí)。
謝謝大家。
演講嘉賓戴建武：《人體組織器官修復(fù)，再生醫(yī)學(xué)走出科幻》 | 拍攝：Vphoto
