作者：罗迪克
起死回生是人类亘古不变的幻想。在我国神话中，最为出名的复活当属「想你时你在闹海」的哪吒：
传说哪吒自刎后，其师尊太乙真人以叶梗为骨、莲藕为肉、莲花为灵，将哪吒重新捏造为人。
图源：bilibili 视频截图
在植物中孵化人体组织，这种近似神话中的描绘。其实已经在医学实验室里成为某种现实。
削一瓣苹果，造一只耳朵
2016 年的 TED 大会上，再生医学教授 Pelling 举着几个苹果片儿在演讲台上侃侃而谈。
当大屏幕将他手中的苹果放大后，所有人都悚然发现：这几片苹果竟散发着肉色光泽。再仔细一看，它们完全长了一副人耳模样。
苹果耳朵和 3D 打印耳朵的对比 （参考文献 1）
Pelling 介绍说，这个实验的灵感来自于妻子削的苹果，他发现那一瓣和人耳很像，由此他就想：那是否可以用苹果造个耳朵呢？
看起来似乎天马行空，但这个脑洞却在科学上能立得住脚：
首先,植物细胞和动物细胞虽然存在着较大差异，但有学者发现植物细胞中牢固的纤维素骨架足以支撑动物细胞生长。而纤维素作为植物细胞壁中最丰富的成分，是一种经过广泛研究的生物材料，可用于多种临床应用。
而想让动物细胞在植物骨架生长，就需结合最近几年快速发展的脱细胞技术。
脱细胞技术可以通过化学、物理等方法，去除器官或者组织中的原有细胞（resident cells）留下细胞外基质，形成无免疫性或低免疫性组织工程支架。
这样医学家们就可以用患者自己的细胞对脱细胞的组织和器官进行重新细胞化，以形成自体移植物。
这位教授团队先将苹果置于 -20℃ 进行低温处理后，将苹果果肉切成便于实验的片状。再用 SDS 等试剂进行脱细胞处理，将所有苹果细胞及 DNA 等洗去，只留下纤维素骨架用以培养人类细胞。
实验流程 （参考文献 1）
最终，Pelling 欣喜地发现在苹果纤维支架内中成功培养了 NIH3T3 成纤维细胞、小鼠 C2C12 细胞和人 HeLa 上皮细胞。这只「耳朵」不仅在培养皿中维持了长达 12 周的生命活动。它的简易版本还在小鼠体内成功定植并形成了血管供应。
难入临床：成也菠菜，败也菠菜
脑洞大开的还有美国伍斯特理工学院的 Glenn 团队。该团队之前致力于使用 3D打印技术搭建精密复杂的血管网络。但在实验中他们遇到了瓶颈：
首先，当前限制组织工程投入临床的主要原因是缺乏功能性血管网络。
如果没有可行的血管网络，组织内 100–200μm 的氧气扩散极限将无法克服，更不必说维持营养物质和代谢废物的运输。这大大限制了可以进行工程改造并保持活力的移植物大小。
此外，微脉管系统（直径 <10μm）也无法通过当前的生物技术进行人工制造。
但 Glenn 教授偶然发现，尽管植物和动物完成体内物质输送的方式不同，但所用到的脉管结构却十分相似。
比如描述人类心血管系统渐缩，分支网络设计的穆雷定律。而像 菠菜等蔬菜中的植物脉管系统也遵循这一规律的限定。在此基础上，植物脉管系统似乎也能充当人工血管向组织中输送血液。
动植物脉管结构比较 （参考文献 2）
这位教授采取的实验思路也基于脱细胞技术。不过他们在纤维素骨架中接种的是心肌细胞。经过几天的培养，他们惊喜地发现这些心肌细胞可以像人体组织一样自发收缩并完成泵血。
图源：YouTube 视频截图
TED 上的演讲和成功文献的接连发表。让学术界和投资人都眼前一亮。不少在人体器官 3D 打印上遇到瓶颈的医学团队都转而投向了用植物造器官的领域。
但现实却给他们狠狠地泼了一次冷水：并不是所有的植物都能用来创造器官。哪怕是有临床潜力的菠菜，也会面临自己的滑铁卢。
一研究团队就曾发文记录下自己的失败，该实验团队选择使用菠菜和细香葱尝试制备人体中的肾小管。虽然经过脱细胞处理后，肾细胞可以在其制备的纤维素支架中生长。但在研究过程中发现了很多难以解决的问题。
pubmed 截图
首先，肾细胞虽然能在细香葱和菠菜叶柄的管腔中生长，但它们未通过叶柄到达菠菜叶脉管系统，相当于需要发挥肾小管功能的区域无法生长肾细胞。研究者认为这种植物血管解剖学让细胞播种的可及性变得非常不可能。
其次，菠菜和香葱在培养过程中出现了迅速崩解。这种现象表明它们在人体中的可植入性堪忧。
最要命的是，纤维素支架还暴露了通透性不足的问题，研究者用肾功检验中常用的菊粉对香葱肾小管进行通透性检测，10 分钟内没有检测到任何菊粉的渗透。不具备必要的物质交换功能，也在肾小管制作上宣判了死刑。
移植器官新蓝海
尽管用植物养器官光在实验室阶段就困难重重。但支撑这些医学家搞下去的核心动力依然是临床的刚需：移植器官供需的极度失衡。
Glenn 教授曾表示：「若将植物用于人体组织培养的技术成熟，器官移植领域将获得井喷式进步。」
除了供需不平衡以外，极其高昂的移植费用也让不少患者望而却步。
比如在 Pelling 尝试用苹果做人耳之前，重建人耳中的常用技术为肋软骨法和生物材料法，但这些方法通常比较复杂和昂贵。
举个例子，国外在进行耳部重建时会使用 一种名为 medpor 的线形高密度聚乙烯生物材料，其进行矫正的费用至少需要 4 万元。
而植物器官最有力的竞争点就是物美价廉。Pelling 使用的苹果只是在路边摊上随便买的。同时伍斯特理工学院使用的菠菜脉管和 3D 打印出的脉管，在价格上也是天差地别。
截至今天，很多植物器官的项目进度喜人，比如 Pelling 的另一项研究重点：芦笋。
过去的学术界一般认为脊髓神经无法再生修复。在临床上，因脊柱损伤导致的瘫痪目前治疗手段匮乏。即使有名有钱如《超人》主演克里斯托弗和 F1 车神舒马赫，都难以治愈。
舒马赫的治疗费用（太阳报截图）
但 Science 上的一篇文章证明了中枢神经的可再生修复性，似乎为中枢神经修复领域提供了一丝可能。
在此基础上，Pelling 发现植物纤维无法被人体组织吸收，反而能支撑神经慢慢生长。而芦笋的内部的导管结构也有可能将受损的神经元重新连接起来。
去年 11 月，芦笋纤维微小管修复人类中枢神经的技术成功拿到美国 FDA 突破性医材资格认定。而 Pelling 也表示，植物器官移植的人体试验也已经不远了：
intrado 新闻截图
「也许大家要提前想想，能否接受一根香葱从厨房长到你的肾上。」（策划：Origami、gyouza）
致谢：本文经 东京大学 工学系研究科再生医工学研究室 王东喆 专业审核
题图来源：YouTube 视频截图
参考资料：
1.Modulevsky DJ, Lefebvre C, Haase K, . Apple derived cellulose scaffolds for 3D mammalian cell culture. PLoS One. 2014 May 19;9(5):e97835.
2.Gershlak JR, Hernandez S, Fontana G. Crossing kingdoms: Using decellularized plants as perfusable tissue engineering scaffolds. Biomaterials. 2017 May;125:13-22. doi: 10.1016/j.biomaterials.2017.02.011.
3.Jansen K, Evangelopoulou M, Pou Casellas C, Abrishamcar S, Jansen J, Vermonden T, Masereeuw R. Spinach and Chive for Kidney Tubule Engineering: the Limitations of Decellularized Plant Scaffolds and Vasculature. AAPS J. 2020 Dec 28;23(1):11. doi: 10.1208/s12248-020-00550-0.
4.Hickey RJ, Pelling AE. Cellulose Biomaterials for Tissue Engineering. Front Bioeng Biotechnol. 2019 Mar 22;7:45. doi: 10.3389/fbioe.2019.00045.
纳闻 | 真实新闻时事动态：他们用苹果做了一只人耳朵，有血供的那种