2023年度“科普中國青年之星創作大賽”獲獎作品
作者：向馨，林宇涵，關馨，陳奕嘉，龍歡，曾泳維，張采妮

當患者需要接受心臟移植手術時，其心功能往往都是非常差了，而大多是患者自身心肌出現了問題。心臟就像是人體的發動機，當發動機出現小毛病時我們可以通過機油或者小的修理使發動機繼續工作，但是當發動機嚴重損壞且已經無法維修隨時都有熄火的可能時，我們就只能換掉發動機，而心臟移植則是同樣的道理。當心臟疾病嚴重到無法通過藥物及一般手術治療時，便只能通過移植心臟來解決問題。

關于器官移植最早的描述可以追溯到古希臘、古羅馬、中國以及印度的神話故事，其中提及包括了骨骼、皮膚、牙齒、四肢和心臟移植。從十六世紀起，許許多多來自不同國家不同領域的醫學專家都在嘗試進行著器官的移植手術，也正是這些前人經驗，為1967年的南非心外科醫生Barnard成功完成人類歷史上第一例心臟移植手術打下了基礎。雖然那位患者術后只存活了18天，但是卻為人類打開了心臟移植這扇大門。據統計，全世界每年完成心臟移植手術近6000例，2019年我國完成心臟移植658例，我國心臟移植手術成功率超過95%，院內生存率已超過90%，我國心臟移植無論從數量上和質量上都有著長足的發展。

醫學視角下的心臟 圖源自網絡

心臟移植后患者最明顯的感覺就是癥狀的明顯改善以及生活質量的大幅提升，但由于抗排異藥物不可避免地會抑制患者的免疫系統，因此患者術后需要在生活上盡可能保持衛生，勤洗手多消毒，盡量減少感染的風險。此外，術后還需要保持健康的生活方式，控制血壓血糖血脂，規律作息，合理飲食，按時服藥，盡可能地減少心臟的負擔。

當然，目前心臟移植也存在不可避免的難題。雖然我國公民逝世后的器官捐獻數量逐年遞增，且目前已位于亞洲首位以及世界第二，但是心臟供體的來源缺口仍然巨大，心臟供體供不應求，這也是目前心臟移植面臨的問題之一。此外，在心臟移植之后機體的排斥反應是無法避免的，畢竟不是原生心臟，不可能像原本的心臟那樣適應自身機體，或多或少會出現排斥反應，如果排斥反應很厲害，炎癥就會損傷到其它器官，而患者則必須長期服用抗排藥物，而后續產生的費用也可能是一些家庭無法承受的。

知道了心臟移植是怎么回事，異種心臟移植（xenotransplantation）也就不難理解了。這種方法是將一個物種的心臟移植到另一個物種體內，相較于同種移植，異種移植看起來似乎解決了移植器官短缺的問題，但不同物種之間的差異性更大，排斥反應也更強烈。因此，選擇移植物的來源至關重要。

人們首先想到的是與我們親緣關系最近的靈長類動物——比如黑猩猩、猴子等等。然而，靈長類動物由于數量稀少、飼養繁殖困難、價格昂貴、臟器體積偏小、可能會引發倫理學爭論等等問題并未成為異種移植的最佳選擇。既然“大師兄”指望不上，就只好犧牲一下我們的“二師兄”豬八戒了。盡管豬和人看起來有很大的差異，但豬心的結構和大小和人類大體接近，豬與人進化距離不遠不近剛剛好，豬組織內的病毒不太會造成人類感染。此外，豬便于定向育種和大規模繁殖。種種因素使科學家對豬情有獨鐘，到目前為止，豬是異種器官移植的最佳選擇對象已在國際上成為共識。

2022年1月7日，57歲的晚期心臟病患者David Bennett接受了豬心臟移植，他也是歷史上第一個接受豬心臟移植手術的患者。這只供體豬可一點兒也不簡單，它的基因組中共有10處基因修飾，另外，治療團隊還使用了實驗性的抗排斥新藥。可惜的是，這場跨時代的手術在兩個月后隨著Bennett去世暫時落下帷幕。

從想到使用異種移植開始，科學家們就面臨著這兩個難關：如何克服排斥反應？如何讓保持器官大小與人類相適應？隨著科技的發展，科學家們使用基因編輯技術找到了一些答案：他們敲除了3個會迅速引起器官排斥的豬基因和一個調控生長的基因，添加了6個用于提升豬心臟對人體免疫系統的耐受性的人類基因組基因。

基因編輯這把“快刀”看起來無往不利。然而“快刀斬亂麻”真的能解決所有問題嗎？實際上，真實情況要復雜許多。

就拿生長激素來說，除了調控生長外，生長激素對人心臟正常形態功能的維持均有重要影響，更不用說如果小孩需要移植這種情況，有沒有什么辦法讓豬心臟只能長到我們需要的大小呢？迷你豬的出現讓我們看到了曙光。

此外，在豬心臟移植中，病毒感染仍然是一個令人深感擔憂的問題。盡管研究人員致力于尋找基因工程方法來創建不傳播逆轉錄病毒的豬，但這一領域依然面臨巨大挑戰。病毒感染成為異種心臟移植的主要失敗原因之一，這意味著我們還有很長的路要走，需要更深入的研究和發展才能徹底解決這個問題。盡管基因編輯等技術給我們帶來了一定的希望，但要實現成功的異種移植仍然需要進一步的研究和發展。我們必須集中精力解決病毒感染問題，以確保異種心臟移植能夠在未來成為一種更安全有效的治療選擇。

馬里蘭大學醫學院的醫生們正在進行豬心移植手術 圖源自網絡

然而，等待一個合適的移植心臟是一個漫長的過程，除了需要滿足大小、血型、還需要防止對供體造成的感染等影響。那么除了異源心臟外，還有什么辦法可以緩解供體緊張的限制呢？3D打印技術的問世，為回答這個問題提供了一些思路。

2019年，以色列特拉維夫大學的研究人員創造了世界上第一顆具備細胞和血管的3D打印心臟。研究人員首先從患者身上采集了脂肪組織，再將將其中的細胞和非細胞物質分離開來，分離出的細胞隨后分化為成肌細胞和可生成血管的細胞后與特制的打印材料混合到一起，制成符合3D打印的“生物墨水”，最后打印出適合患者的心臟組織。由于3D打印心臟移植可以制造出與患者本身心臟相匹配的人工心臟，因此可以提高心臟移植手術的成功率和存活率。還可以避免供體心臟短缺和排斥反應等問題，因此可以提高患者的生存和恢復質量。

相比于其他的傳統移植技術，3D打印不僅可以實現隨時定制，讓命懸一線的患者不用再苦苦等待那顆“致命的零件”，同時由于3D打印所需材料來自病人自身的組織和細胞，防止了同源移植和異源移植帶來的免疫排斥反應。當然，目前的3D打印心臟技術仍存在值得探索的地方，其中包括如何擴大細胞使其與人體心臟相適應。相信在未來的研究中，3D心臟打印技術可以實現臨床使用。

3D打印心臟 圖源自網絡

心臟移植對于需要新的心臟的患者來說是一件迫在眉睫的事，隨著科學技術的不斷發展，新的技術和新的方案層出不窮，心臟移植也從原來的同源移植發展到異種移植，再到3D打印心臟移植。新技術給患者帶來的希望的曙光，相信在未來會有更多造福患者的技術逐漸問世，到那時候科技會突破供體限制的屏障，讓每一位患者都能公平享有“新心相印”的權利！

來源: 中國科普作家協會

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