楊偉國期望在五年內,成功打印角膜、骨、皮膚等人體組織,並進入臨牀測試。 梁譽東攝
楊偉國期望在五年內,成功打印角膜、骨、皮膚等人體組織,並進入臨牀測試。 梁譽東攝

醫療科技發展一日千里,過去讓病人絕望的不治之症,不久將來可通過「超現實」的方式治理。為器官衰竭病人移植人造器官、為基因遺傳病人改寫有問題的基因、以阻止細胞衰老的方式醫治老化疾病,以上種種恍如科幻小說的情節,不再是妄想,近至香港也有學者孜孜不倦進行研究,希望為醫學帶來新突破。本報訪問多名本地醫學科研精英,將一連三集,從人造器官、基因編輯及長壽醫學三分面,揭示未來醫學背後的科學原理及應用。記者 郭增龍

器官捐贈在港並不普及,醫管局去年僅獲捐贈五十七個腎臟,等候移植人數卻有逾二千人,平均輪候五十四個月,不少病人還未等到合適的器官,便已離開人世。不過,3D生物打印技術的發展,移植人工器官未來不再是妄想。

人造骨加入幹細胞生長因子

近年,外國不時傳出有生物工程公司為3D生物打印的人體組織進行臨牀測試,港大醫學院最近也加入製造人工器官的競賽,並在今年五月獲內地科技部國家重點研發計畫資助近三千萬港元,目標是用五年時間,成功打印全層皮膚、角膜、骨、軟骨,以及主要血管等五種人體組織與器官,並進入臨牀測試。

要製成適合移植人工器官,並非簡單的事。領導項目的港大醫學院矯形及創傷外科學系教授呂維加以骨骼為例,人工骨除了要形狀相似,移植至人體後不會引起免疫系統排斥外,更要確保骨骼發揮原本功效。因此,他在製作人工骨時既會用上生物材料作為骨架,亦會在內部打印血管,並加入幹細胞及生長因子,「要做到人工骨不但不被人體排斥,更要與天然骨骼融合,達致傷口復原,才是理想的完成品。」

七噴嘴還原液態組織位置

呂維加指出,過去要為人工骨加入幹細胞及生長因子,只能通過浸泡形式,難以準確置放於特定位置,3D打印技術則解決一大難題,目前團隊採用的打印機共有七個噴嘴,令人工骨內的液態組織位置,接近百分百還原現實情況,「我可以在三個噴嘴放不同的細胞,兩個放生物材質,一個負責發光,一個負責加熱,令打印出來的人工骨仔細度高很多。」有份參與研究的港大醫學院矯形及創傷外科學系教授楊偉國補充,通過醫學影像分析製成的人體器官3D模型,可以納米單位分析器官的結構及尺寸,並根據影像分析製作3D模型,精確重現人體器官內的細節。

縱然目前影像分析及打印技術成熟,但環顧外國的生物科技公司,大多僅聲稱正為3D生物打印的眼角膜、耳朵、骨及皮膚進行臨牀測試,心、肝、肺等器官則仍在發展階段。楊偉國解釋,即使3D打印可以完美印製人體器官,科學界仍未完全掌握細胞組織的運作機制,如要人工肝具備去除毒素的功能,目前仍有不少難關,「例如身體受傷後,傷口會結痂,免疫細胞會分泌組織,幹細胞協助修復傷口,整個流程的微妙變化,我們只是觀察得到,但不完全清楚其中原理。」

心肝肺腎仍在發展階段

因此,楊偉國坦言目前其研究從較簡單的眼角膜、骨及皮膚着手,未來會挑戰肝、腎等的組織,希望不久將來解決骨科病人的移植需要,「因為撞車而出現大範圍骨折的病人,醫生目前會用屍骨或生物材料協助治療,但屍骨存量不多,生物材料的效果跟使用人骨相差很遠。」

即使人工器官難以在短期內面世,但科研界反覆試錯的過程,卻研發出新的治療方案。再心生物科技行政總裁李登偉在一三年培植出全球首個迷你人造心臟,做法是將萬能幹細胞轉化成心臟細胞,再製成會跳動的左心房。李登偉憶述,當年製作首個迷你心,整個研究團隊花費五年時間才能完成,直至近年,其公司一個受訓員工,一星期就能製作過百個迷你心,過程見證幹細胞技術的進步,亦令再生醫學踏上另一個台階。

研基因轉移治末期心衰竭

李登偉解釋,目前有心臟移植需要的病人,大多源於心血管閉塞引致心臟肌肉壞死,最後患上末期心衰竭,「這種病不是一日之間惡化,是有一個過程,如果可以及早介入治療,就不會演化至末期心衰竭。」然而,他認同過去要了解心臟疾病,難度甚高,「心臟藏在肋骨內,做掃描時會影響成像。」

過去如要進一步了解心臟疾病,除非有患者死後捐出心臟作研究,否則難以了解疾病情況,「大部分心臟有關的疾病都無藥醫,正是因為我們對心臟的認識很少。」不過,李登偉近年成功造出病態迷你心,可模擬不同的心臟疾病,用作測試治療方案及藥效。

他續說,正研究以基因轉移治療末期心衰竭,「我們發現末期心衰竭病人的體內,有些非常重要的蛋白不見了,只要利用基因轉移,將蛋白重新放到病人體內,就可以改善病情。」

全文刊《星島日報》