E类 即使在20世纪90年代，这一程序也似乎很原始。 劳拉·尼克拉森（Laura Niklason）作为波士顿马萨诸塞州总医院（Massachusetts General Hospital）的住院医生，反复观看了这部电影。 当接受心脏搭桥手术的患者需要一条新血管来绕过阻塞的血管时，外科医生经常会从他们身体的其他部位窃取静脉或动脉：通常是一条腿，但有时是一条胳膊。 如果这些选择都失败了，也许医生会从病人的腹部取出一个。
Niklason对没有可行的替代方案感到震惊。 除了疼痛之外，患者现在还有两个区域需要治愈，感染的可能性增加了一倍。 外科医生正在伤害患者身体的一部分以挽救另一部分。 她想，必须有另一种选择。 如果她能根据需要种植替代性的人类血管会怎么样？
当时听起来很疯狂，因为根本不存在这样的情况。 但船只收割程序一直困扰着她。 对于许多疾病，手术一直持续到今天：当心脏病患者的静脉和动脉阻塞时，或者当外科医生进入并清洗血液时，透析患者在反复穿刺后需要新血管时。 市面上有由类似特氟隆的材料制成的合成动脉，但当免疫系统攻击非人类管道时，这些动脉容易感染和发炎。 因此，患者经常进行重复手术来更换植入物。
一个实验室生长的器官，由人体细胞构建，由人体的天然建筑材料组成，每年可以帮助超过500000例血管置换手术。 “更换动脉的需求真的非常惊人，”Niklason说。 她补充道，这种动脉的市场每年达到数亿美元。
幸运的是，我们当中还没有经历过这种手术的人，尽管有技术障碍和科学界的支持，Niklason还是坚持了下来。 最后，她的活体试管被植入人体。
B类 早在90年代，Niklason就向她在波士顿的导师Charles Vacanti倾诉了她对实验室生长血管的兴趣。 瓦坎蒂对从头开始生长器官很感兴趣，他很快就因“耳鼠”而声名鹊起，耳鼠是一种植入小鼠皮肤下的人形软骨耳朵。 Vacanti将Niklason推荐给麻省理工学院（MIT）组织工程师Robert Langer。 Niklason获得医学学位和生物物理学博士学位，加入Langer担任博士后。
在兰格的实验室里，Niklason开始研究一些当时世界上很少有人考虑过的东西。 她知道我们血管中的细胞每天都会受到流动血液的推拉作用。 如果没有流动液体的反馈，血管会失去强度和稳定性，最终会消失。 因此，为了说服人类细胞建立一个稳定、坚固、灵活的管子，一个可以通过手术植入并能在身体动荡的环境中茁壮成长的管子，她需要设计一种装置来像人体一样刺激生长中的细胞。
她觉得这很合乎逻辑。 但在20世纪90年代中期，这完全不合逻辑。 大多数试图诱导细胞形成组织的生物学家都试图通过完全化学的方法来做到这一点。 找出合适的鸡尾酒，神奇的配料混合物，并将其喂给细胞，使其按照你想要的方式工作。
化学营养物质确实会刺激细胞增殖，但这还不够。 细胞还需要铺设支撑和容纳细胞的外部基质，并形成三维结构。 为了建造这个脚手架，Niklason考虑了来自周围环境的线索。 “我们是在一个充满体力的环境中进化的，”Niklason说。 “数十亿年的选择性压力迫使我们的细胞和器官在一个对每个组织都不同的复杂机械环境中茁壮成长。”她说，“通过复制这一点，我们正在利用所有这些年的进化选择，并生产出能像天然动脉一样发挥功能的组织。”
劳拉·尼克拉森（Laura Niklason）： “当时真的没有路线图。这不像你可以去看教科书，读一读关于如何培育新动脉的章节。” 安迪·林摄
H（H） 艾德·尼古拉森（ad Niklason）并没有与其他一些打破传统的生物工程师密切合作，她关于脉动内部环境的概念可能已经被历史所遗忘。 毕竟，她是一名博士后研究员，面临着学术生涯的种种压力。 然而，在波士顿，她并不孤单。
另一位波士顿的生物工程师唐英伯也被边缘化了。 他在大学时上的一门雕塑课激发了一个奇怪的假设。 他预测身体内的力量会一直传导到细胞核中的基因组，在那里它们会影响基因的表达方式。 英格伯以20世纪60年代创造的一个建筑术语命名他的理论为“时态整体”。
他说，当英博提出这一观点时，人们并不理解或接受紧张气氛。 “当我还是一名研究生的时候，我会提出这些想法，[科学家]会说，‘一切都是化学。上个世纪末，力学与生命主义（即有一种创造生命的重要内在力量的想法）一起消失了。这太荒谬了，你的工作简直是胡说八道。’”
当英博宣布细胞受到机械应力的重要性时，罗伯特·兰格（Robert Langer）正在努力创建美国麻省理工学院（MIT）卓越的组织工程实验室之一。 波士顿充斥着如何再生身体部分的想法。 年轻的研究人员尼克拉森（Niklason）很幸运地来到了那里，她的非传统想法没有被抛弃。 她回忆道：“当时再生医学领域还很年轻。”。 “可以公平地说，这是一种疯狂的边缘，没有多少人认真对待它。”
兰格做到了。 他说，尼克拉森的做法对他来说非常有意义。 他的实验室里的其他研究人员正在研究压力和反馈对细胞的影响，但没有人在打造Niklason的道路，即试图复制身体的先天压力。 然而，即使有他的支持，尼克拉森说，“最大的挑战是，实际上没有路线图。这不像你可以去看教科书，阅读关于如何培育一条新动脉的章节。”
“数十亿年的选择性压力迫使我们的细胞和器官在每个组织都不同的复杂机械环境中茁壮成长。”
相反，她转向了关于身体的教科书。 “我从医学院的研究中得知，在实验室里模仿心脏的动作非常重要。”她苦笑道。 “要做到这一点实际上很难。”
很难，但并非不可能。 几年后，她发明了一种能正常工作的机器，她称之为生物吸附器，用来种植血管。 她将牛血管中的细胞植入一种透气、毡状、可生物降解的支架中，支架是由一种叫做聚乙醇酸的普通外科材料制成的。 然后，她将系统浸入生长因子和其他化学物质的混合物中，在细胞繁殖时为其提供营养。 支架围绕着一根硅胶管，液体通过硅胶管脉动，推动和收缩，诱使细胞体验心脏的跳动。
接下来发生的事情是生物学家过去未能实现的。 这些细胞的反应是分泌出静脉的堆积物：胶原蛋白和弹性蛋白，以及微量的其他蛋白质，以错综复杂的连锁模式提供的强度和灵活性甚至超过了天然血管。 随着造物的生长，毡状网片崩解了。 硅胶内管被拆除。 结果是由动物细胞创造出一条实验室生长的血管。 Niklason和Langer于 科学类 1999年，在一篇名为《功能性动脉在体外生长》的论文中，自那时以来，世界各地的数十个实验室都在追随Niklason的领导。
但Niklason的最终目标是将血管植入人体，这比在实验室里玩弄管子风险要大得多。如果管子在压力下破裂，可能会导致人员死亡。
S公司 o开始了Niklason植入活血管的下一阶段旅程。 她搬到了北卡罗来纳州，作为杜克大学的助理教授继续她的研究。 六年后，也就是2004年，她和她的第一个博士生香农·达尔（Shannon Dahl），以及曾在实验室担任博士后的朱莉安娜·布鲁姆（Juliana Blum）成立了一家名为Humacyte的公司，将实验室生长的静脉商业化。
Niklason最初的想法是用自己收获的细胞培养患者的新血管。 但事实证明，这很难做到，因为患者的血管细胞通常会减弱，而血管细胞无法长出健康的新静脉。 相反，该团队决定使用器官捐赠者静脉中更健康的细胞。 为了避免这些细胞被排斥，她决定在供体细胞构建蛋白质支架后冲洗掉它们。 Niklason说：“不遗余力地培育一条动脉，然后将细胞洗掉，这一整体概念似乎非常适得其反。”。 但她和她的团队不顾一切地做到了。
接下来，她摆弄着这个生物吸附器，以确保它的脉冲能够模拟血管在人体内所面临的压力。 当猪和狗拒绝人工植入物时，她的研究变得更加复杂。 但在灵长类动物身上，这是人类面临的最后一次测试，血管工作正常。
经过多年的研究，该团队确信他们已经设计出了一种制造人类细胞生长血管的方法。 Niklason称之为“隐形组织”，旨在愚弄患者的身体，使其识别出新组织。 来自狒狒的证据甚至表明，患者自己的细胞在植入异物后定植于异物。
T型 今年，尼古拉森的中空乳白色血管被植入波兰和美国的临床试验患者体内。 测试的第一阶段将确定船舶的安全性。 下一阶段的试验将证明这些管子是否代表着对现有技术的改进。
少数其他生物工程师也在同一方面融合了技术。 Simon Hoerstrup现在是苏黎世大学瑞士再生医学中心的负责人，他已经为婴儿独立开发了微型血管。 霍斯特鲁普在担任儿科心脏病专家多年后开始从事研究，在那里他看到婴儿天生患有心脏病，即使不是不可能，也很难由外科医生治疗。 他的反应与Niklason在20世纪90年代看到的手术反应并无不同。
她回忆道：“当时再生医学领域还很年轻。”。 “可以公平地说，这是一种疯狂的边缘，没有多少人认真对待它。”
在相同的时间间隔内，霍斯特鲁普还创建了一个模拟心跳的系统。 婴儿的细胞首先被采集，然后生长在一个支架上，支架放在一个充满化学物质的浴缸里，随着婴儿脉搏的快速跳动而跳动。 在三周内，研究人员创造了一个微小的工作血管，其中富含活细胞，可以用来固定婴儿的心脏，并随着婴儿心脏沉积更多细胞和组织而生长。 Hoerstrup的技术将于今年晚些时候进入临床试验。
与此同时，伊利诺伊州儿童医院的保罗·马奇亚里尼（Paolo Macchiarini）在体外复制呼吸道的过程中创造了人工气管。 2009年，英格勃罗恩斯（Ingber-once）以其关于张力合成的言论，打破了哈佛大学怀斯生物启发工程研究所（Wyss Institute for Biological Inspired Engineering）的僵局。 “张拉整体”一词已经褪色，但它所描述的现象现在被视为常识。 该研究所因芯片上的器官而备受赞誉，这项技术将细胞和微流体结合起来，模拟人体部分用于药物和毒性测试。 例如，在“芯片肺”中，空气通过微小的通道呼气和吸气，促使嵌入其中的肺细胞像在体内一样发挥作用。
这些都是有希望的第一步，尽管科学家们离从头开始构建心脏或肝脏等整个复杂器官还有数年甚至数十年的时间。 简单的结构，如用于药物开发的细胞和用于替换血管的管子，是一个开始。
一种完全不同的人工器官技术最近吸引了公众：3D打印。 科学家最近打印了肝细胞，但当他们最终尝试构建血管和器官时，下一步将再次添加Niklason在过去20年中开发的应激源类型，Niklason现在是耶鲁大学的生物医学工程师。
2017年，对心脏病和透析患者的护理可能会转变为比当前方法更不可怕的事情。 如果Niklason的血管在临床试验中证明了自己的能力，那么它们将在那时进入市场。 尼古拉森说，我们所有的细胞和器官都是在复杂的、充满力量的环境中进化而来的。 最后，20年后，她想出了复制的方法。
辛西娅·格雷伯（Cynthia Graber）是一位屡获殊荣的印刷和广播记者，常驻马萨诸塞州萨默维尔。
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