人造器官:进展与前景

上世纪70年代的美国超级英雄电视剧《无敌金刚》中，李·梅杰斯主演的史蒂夫·奥斯丁可以利用仿生技术重建自己的身体，使自己“更好、更强、更快”。如今，在现实中，取代受损人体组织、脏器等的人工器官技术已被用于提高患者生活质量，甚至挽救患者生命。

究竟有多少器官可以人造？多少肢体可以像零件一样更换？国外报刊最近揭示了科学家们从头到脚地打造真实“仿生人”的秘密。

模拟“大脑”

迄今为止的研究结果显示，大脑是最重要和最复杂的人体器官，它控制着人体各种活动，使人们能够感知世界，储存记忆，并形成独特的个性。意外事故或中风之类的疾病会导致大脑灾难性损伤，比如瘫痪和失忆等。但一些科学家认为，可以找到一种修复大脑损伤的方法―使用“义脑”（假体大脑）。

美国南加州大学教授西奥多·伯杰制造了一个可以取代大脑海马体的电脑芯片，海马体是控制短时记忆和空间理解能力的大脑部位。大脑受到老年痴呆症和中风等疾病的频繁破坏后，通过海马体移植可帮助一个人维持正常的身体功能，避免出现严重的身体缺陷。

他研制的这种装置将模拟大脑海马区域发生的复杂神经活动，而这些神经活动正是新记忆形成的“功臣”。该装置包括一个可以解码记忆，并将记忆储存于大脑其他区域的微型智能芯片。目前该芯片已完成实验鼠大脑组织测试，研究人员正计划展开动物活体实验。他们希望找到一种全新的途径，以帮助中风、车祸或老年痴呆症导致海马区域受损，进而出现记忆问题的患者恢复记忆功能。

带芯片的“眼睛”

黄斑变性和视网膜色素变性是两种最常见的致盲眼病，仅在英国就有病例约100万。作为一个盲人，即使能看到一点点光、基本的运动和形状，你的生活就会有明显变化。现在正在研制的两个系统都可以把照相机记录下来的基本的视觉信息加工成电子信号，并通过无线方式将这种信号传输给移植的电极。其中一个系统是利用人造视网膜，把电极植入眼中，为一些视网膜功能丧失的人提供帮助；另一个系统则将完全绕开眼睛，将视觉数据直接传送给大脑。这两个系统都将对那些过去眼睛可以看东西的人产生作用，这是因为这些人的大脑已经知道如何加工相关信息。

最近，德国医生利用高科技手段让３名失明患者重见光明――患者眼球后被植入了一种类似数码相机中使用的带有多个电子传感器的芯片，当光线照射到传感器时，传感器产生的电脉冲就会进入眼球后部的视觉神经和大脑中。据报道，这些患者视力恢复程度足以区分水果和刀叉餐具等物体，甚至可以阅读出自己的名字。

目前一项更大规模的临床实验正在策划之中。虽然大部分研究的目标都是帮助失明患者，但并不意味着这种技术是座“独木桥”，一些科学家也希望借此改善健康人群的视力，甚至用带有显微电路的人工透镜生产可佩戴显示装置，向佩戴者发射地图、电脑显示等内容。

人工心脏

人工心脏其实就是一个微型血泵，植入患者体内后，可发挥“临时心脏”的作用，使患者身体各部的器官在等待心脏移植手术期间，不至于缺少血液流动而受损。不过就在2010年，意大利医生首次给一名15岁男孩植入了一颗永久性人工心脏。人工心脏开发商法国Carmat公司，已经研发出一个能完全取代心脏的人工心脏雏形。其工作原理与自然心脏相同：利用液压泵将血液推动至全身。血液先被吸进心腔内，再被挤压到动脉血管，流向全身。

可穿戴的人造肾

对那些肾衰竭的人来说，他们为了将身体内的毒素排出，每隔一段时间就要花几个小时用像洗衣机一样大的透析机做透析。但是，一种新型可穿戴的人造肾可以改变病人的这种尴尬局面。这种人造肾非常小，而且很轻，肾病患者可以将它戴在腰带上。这种自动化的可穿戴的人造肾是由美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的马丁·罗伯茨和大卫·李设计的，虽然非常小，但它比传统透析的效果更好，这是因为它能像一个真正的肾那样，可以一周7天，一天24小时不停地工作。

便携式胰腺

一种人造胰腺将在几年之内投放市场，这种胰腺能监控患者的血糖，调节胰岛素水平，以满足人体的需要。美国青少年糖尿病研究基金的亚伦·科瓦尔斯基介绍说，这个装置最初将是现有两个技术—胰岛素泵和连续式血糖监测仪的结合体。这个新仪器将能帮助依赖胰岛素的糖尿病患者过上更加正常的生活，让他们更容易避免因血糖过高或过低引起的损伤和致命副作用。·

智能手臂与仿生手臂

2010年７月，13岁的伦敦男孩帕特里克·凯恩安装了一只由英国科技公司“触摸仿生公司”生产的假体上肢—i－Limb脉冲手。对于在９个月大时就因脑膜炎而失去左手的帕特里克来说，这种革命性的脉冲手意味着他甚至可以用新手指夹起葡萄。他说：“这只手与众不同，它可以帮助做一些很精细的事情。现在我可以用双手打开瓶盖、握住叉子，甚至还可以系鞋带。”

帕特里克的假体上肢的工作原理是：通过两个电极与上臂皮肤相连，当他绷紧一块肌肉，电极下的神经所产生的微小电脉冲就会使手部握紧；绷紧另一块肌肉时，则使手掌打开。

无独有偶，加哥康复中心的托德·库肯领导的一个研究小组研发出一种仿生手臂，它将曾经在患者失去的肢体内起作用的健康运动神经与大脑连接，这些神经的路径经过更改，从胸腔等身体其他部位通过，仿生臂内的电极能接收到这些神经携带的脉冲。患者决定移动他的手时，过去那些向真手发送信号的神经将改向假肢发送指令。现在库肯的科研小组正在对这种假臂进行改进，利用依然存在的感觉神经，让患者通过仿生臂感知温度、振动和压力，并将之传输给大脑。

研究人员目前正在研究使患者拥有更大控制权的假肢。只要能深入了解人体神经网络控制四肢运动的原理，研究人员就可以设法让机械手臂像真人手臂那样控制自如。当人们想移动手臂时，其大脑会产生微弱的信号，通过电极捕捉到这些信号后，机械手臂就可以模拟相应的动作。

智能膝盖

你肯定会认为膝盖是不会独立思考的，但是美国麻省理工学院人工智能研究人员休·海尔和阿瑞·威尔肯菲尔德研发的智能膝盖却具有思维能力。早期的电子膝系统在患者刚开始佩戴时，先要由专家进行操控。而这种智能膝盖通过了解使用者的行走方式，并利用传感器确定患者行走的地面情况，自行产生逼真且令人感到舒服的运动。这个系统让假腿行走起来更加自如，而且耗费的体力更少。

人工肌肉

为了给遭遇严重运动伤或在事故中失去肌肉的患者提供更好的治疗，一些研究人员试图替换单独的肌肉组织，而非整只胳膊或整条腿。他们正利用可对电流作出舒张和收缩反应的高分子凝胶，研制人造肌肉。这些肌肉可以替换心脏瓣膜和括约肌，最终还将替换更大的肌肉组织。

美国航空航天局喷气推进实验室的科学家，目前正致力于开发一种由人工肌肉提供力量的人工手臂，这种仿生人工肌肉由新型智能材料电活性聚合物制造而成，其力量之大，完全有把握赢得扳手腕比赛。美国德克萨斯大学科学家已研制出力量超过人体肌肉100倍的人工肌肉，其内部使用的是一种“加热时弯曲，冷却时恢复原状”的弹性金属丝。

英国圣安德鲁斯大学的理查德·贝克博士也在从事高分子凝胶研究，他希望将来研制成功的新材料，能响应人体内发出的某种化学信号，作出舒张和收缩反应。

人造肌腱

英国曼彻斯特大学的研究人员正在研制人造肌腱，以帮助肌腱受损严重的患者。该人造肌腱使用的精细纺织塑料纤维，作用与人体自然肌腱组织十分相像，可以植入患者体内，恢复患者运动能力。

曼彻斯特大学材料学院的桑德拉·道尼斯教授表示，这种人造肌腱会促进身体自愈，并逐渐在人体内分解。该研究小组计划展开前期临床实验，希望人造肌腱能在５年内上市。

超级皮肤

即使借助最先进的假肢，安装了机械手臂的患者仍然无法感觉到自己接触的物体。这一点之所以令患者苦不堪言，是因为触觉是人类享受接触刺激和掌握物体力度的重要感官，它甚至帮助我们对所见之人形成一定印象，比如通过握手来判断对方的性格。

意大利科学家已展开一项关于新型人造皮肤的尖端研究，他们认为这种超级人造皮肤能让机器人产生触觉。虽然这一技术的初衷是为机器人服务，但意大利理工学院的研究人员目前正探索新途径，试图将超级人造皮肤的信息送回患者神经细胞中，让患者恢复触觉。

超级舌头

美国德克萨斯大学奥斯汀分校的计算机和电机工程学教授迪安·耐克尔克认为，舌头可以是一种非常有力的工具，但也可以是一种非常主观的工具。食品公司想一直生产味道相同的食品，他们就会求助于电子舌，这种装置是由耐克尔克和他的科研组研发的，该装置能够用来分析液体，分辨它们的准确的化学成分。耐克尔克研发的舌头利用微球体、小型传感器，当它接触某种糖类等特定目标物时，就会改变颜色。虽然这种装置并不能取代人舌，但能够可靠地复制微妙口味的化学

成分。

人造细胞

有时候，当你需要将药物输送到身体的特定部位时，服药或注射都不是理想的方法。美国宾夕法尼亚大学生物工程学教授丹尼尔·海默现在有一个更好的方法，那就是用聚合体制成人造细胞。聚合体能轻松模拟白细胞在体内移动的过程，它能按照要求直接将药物输送到身体的特定部位，这样可让抵御癌症等特定疾病的过程变得更加简单而且更安全。

再生骨骼

自20世纪60年代以来，研究人员已经发现了一些能促进骨骼组织生长、弥补缺失或受损部位的蛋白质。然而不幸的是，这项技术从未能很好地发挥作用，利用该技术经常会培育出错误类型的组织或在不应该生长的地方长出骨骼。2005年，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的研究人员利用一种经过特殊设计的、只能导致特殊类型组织产生的蛋白质，解决了上述问题。这种蛋白质被称作UCB-1，现在它被用来培养能合并和固定椎骨截面的新骨骼，缓解一些患者严重的背疼。

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