免疫器官的定义,器官的定义生物学

法律普法百科 编辑:俞昭

免疫器官的定义,器官的定义生物学

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感觉器官的定义

伊恩·斯图尔特

在古巴比伦城高耸的城墙内,身着华服的国王举起手来,聚集在寺庙院子里的贵族和官员顿时鸦雀无声。

在墙外,百姓成日里忙于生计,并不知晓即将发生的事会彻底改变自己的生活。没关系,他们已经习以为常,这是天意。担心或抱怨并不会有什么好处,他们甚至几乎不会去考虑这件事。

巴鲁祭司手里拿着刀,在祭坛前等待着。一只羊被人用一根短绳牵了进来,它是根据古老的仪式精心挑选出来的。这只羊感觉到了倒霉的事情即将发生。它呻吟着,挣扎着想要逃跑。

屠刀割破羊的喉咙,血溅了出来。人群中发出一阵骚动。血慢慢地流着,祭司小心翼翼地切开羊肚取出肝脏。他虔诚地把它放在血迹斑斑的石头上,俯身仔细地看着那刚被取出的内脏。人群屏住呼吸,国王向祭司走近了几步。他们一边打着手势,一边低声交谈着,偶尔还指着那脱离羊体的脏器讨论某些特征——这里有点儿瑕疵,那里有块不寻常的突起。祭司将木钉插入一块特殊泥板上的洞中,以记录他们观察到的结果。祭司显然很满意,又和国王讨论了一番,然后恭敬地退下,而国王则转身面向他的贵族们。

当他宣布进攻邻国的预兆是吉利的时候,贵族们欢呼雀跃。然而后来,有些人在战场上发现情况大相径庭,但为时已晚。

(一)

事实或许就是如此。我们对古巴比伦王国知之甚少,即使对其公元前1600年左右行将灭亡时的情况也不太了解,但在这座古老的城市里,类似的事情一定是司空见惯的。古巴比伦因这类事情而闻名。《圣经》告诉我们:“当巴比伦王站在岔路口,有两条路摆在眼前时,他会占卜——有时是摇一摇箭,有时是向神灵祷告,而有时则是检视肝脏。”古巴比伦人相信,受过特殊训练的祭司,也就是巴鲁,能够通过解读羊肝来预言未来。他们编制了一份巨大的预兆清单,即《巴鲁图》。出于实际考虑,为了快速给出结果,巴鲁在实际占卜中会做一个更加简要的小结。他们有充满了传统色彩的系统化仪式:检查肝脏的特定区域,每块区域都有其自身含义,代表某位专属的男神或女神。时至今日,《巴鲁图》仍存有一百多块刻有楔形文字的泥板,上面列出了八千多种预兆。人们相信,古巴比伦人利用死羊身上的一个脏器,编制出了丰富的信息,其内容多样,含义晦涩,间或辅以一些陈词滥调,这是非同寻常的。

《巴鲁图》有十个主要章节。前两章说的是可怜的动物而不是肝脏,而剩下的八章则聚焦在肝脏的一些特征上,它们包括:“驻地”,即肝脏左叶上的一个凹槽;“路径”,即与第一个凹槽成直角的另一个凹槽;“幸运标记”,即某块小突起,等等。其中许多区域还被进一步细分。与每块区域相关的征兆都被当作预言,它们通常与历史有关,就好像祭司们在记录肝脏区域和那些已发生事件之间的过往联系。其中有些是具体的:“被公牛顶了,但死于被鞋咬了的阿玛尔–苏恩纳国王的预兆。”(这个模糊的说辞可能是指他穿凉鞋时被蝎子咬了。)有些在今天听起来仍是对的:“会计人员将洗劫宫殿。”还有一些似乎很具体,但缺少关键细节:“一位名人将骑着一头驴到达。”另一些则太含混,以至于几乎毫无用处,如“长期预言:哀悼”。肝脏的某些区域被归为不可靠或不明确的。这一切看起来是以某种奇特的方式高度整理过的,几乎是很系统化的。这份清单经过长期编纂,而且被反复编辑和扩充,并由后来的抄写员抄成副本,由此流传至今。还有一些其他证据也留存至今。特别值得一提的是,大英博物馆收藏了一个公元前1900年与公元前1600年间的羊肝黏土模型。

如今,我们把这种预言未来的方法称为内脏观察法或者肝占卜。更一般而言,内脏观察法是通过观察被献祭的动物(主要是羊和鸡)的内脏来预言未来的,而牲羊脏卜法则通常使用脏器占卜,主要关注脏器的形状及其位置。这些方法后来被伊特鲁里亚人采用,例如,人们在意大利发现过一个公元前100年的肝脏形青铜器物,它就是按伊特鲁里亚的众神名字划分各块区域的。古罗马人延续了这一传统,他们称巴鲁为haruspex(脏卜师),这个词是由“内脏”(haru)和“观察”(spec-)组成的。解读内脏的习俗,可以追溯到尤里乌斯·凯撒和克劳狄乌斯时期,终于公元390年左右的狄奥多西一世时期,彼时的基督教最终废弃了那些更古老异教的最后遗存。

《谁在掷骰子:不确定的数学》,人民邮电出版社2022年7月版,[英]伊恩·斯图尔特(Ian Stewart)著,何生译。

(二)

我为什么要在一本关于不确定性的数学书里告诉你们这些呢?

这些占卜说明,人类关于预言未来的渴望可以追溯到很久以前。毫无疑问,它的起源要更古老得多,但古巴比伦的铭文记录得非常详细,来源也很可靠。历史还表明,随着时间的推移,宗教传统是如何变得越来越复杂的。这些记录非常清楚地表明,古巴比伦王族和祭司们相信这种方法——或者,至少他们发现它似乎相信起来很方便。但是,长期的内脏观察实践表明,这些信仰是真实存在的。即使在今天,类似的迷信仍然比比皆是:避开黑猫和梯子;如果你无意间弄撒了盐,就需要撒一撮盐在肩膀上;一面破镜子会带来坏运气。在集市上仍然有“吉卜赛人”通过看手相算命来赚钱,他们那些关于命运线或维纳斯带的行话,会让人想起《巴鲁图》里神秘的羊肝分类。很多人对这种信念持怀疑态度,有的人勉强承认“它或许是那么回事”,还有一些人则绝对相信未来是可以预言的,预言的方式包括星辰、茶叶、掌纹、塔罗牌,或按讨论变化的中国典籍《易经》的说法,抛掷蓍草茎。

一些占卜技术就像古巴比伦的《巴鲁图》一样复杂。万变不离其宗……骑驴而至的名人让人想起现代小报上的那些高大黝黑的陌生人,这些现代占星术的预言模糊到能与足够多可能的事件产生联系,以“证实”它是对的,但它同时又足够具体,从而传达出一种晦涩难解的印象。当然,这还会给那些预言家带来稳定的收益。

为什么我们会如此痴迷于预测未来呢?这是合乎情理的,也是符合自然规律的,因为我们一直生活在一个不确定的世界。虽然现在仍是如此,但至少我们已经对所处的世界为什么充满了不确定性,以及这些不确定性是怎样的有了些许了解,并且还可以在一定程度上很好地利用这些知识。我们祖先的世界就没那么确定了。人们无法通过监测地质断层的应力的危险程度来判断岩石是否会沿着地质断层滑动,从而预测地震。这是大自然的偶然情况,其不可预测性被归结为强大的超自然物种的一时兴起。在当时,理解随机发生的事件最简单的方法,或许也是唯一的方法,就是认为没什么明显的原因。一定是有什么东西导致了这些事件,而且必须是有自我意志的东西,它能够决定这些事件应该发生,并且有能力确保它们会发生。男神或女神是最为合理的解释。神灵们拥有支配自然的力量,他们想做什么就做什么,想什么时候做就什么时候做,而普通人却要为此承担后果。至少,有了神,就有可能安抚他们,影响他们的行为——或者说,由此祭司的地位才能保全,质疑权威毫无益处,更不用说违抗权威了。无论如何,正确而神奇的仪式、皇室和祭司的特权,或许可以为未来打开一扇窗,并消除一些不确定性。

这一切的背后,是人类生存状态的一个方面,可以说是它使我们这个物种有别于大多数其他动物——人类是受时间约束的。我们意识到未来是存在的,并根据对未来的期望来规划当前的行为。当人类还在非洲大草原上狩猎采果时,部落的长老们就已经知道季节会变化,动物会迁徙,在不同时间可以利用不同的植物。天空中远处的情形预示着暴风雨即将来临,越早注意到它们,你就越有可能在暴风雨到来前做好准备。通过预测未来,有时可以减轻一些非常糟糕的影响。

随着社会和技术的进步,通过提高准确度和扩大覆盖面,我们得以更加积极主动地应对时间约束。如今,我们在工作日的特定时间起床,因为想赶上当地的火车去上班。我们知道火车应该在什么时候发车,也知道它应该在什么时候到达,我们安排自己的生活,以便按时上班。为了迎接周末的到来,我们预订足球票、电影票、戏票。我们提前几周预订某家餐馆,是因为29号星期六是埃斯梅丽达的生日。我们在1月的促销活动中购买圣诞卡片,是因为它们那时更便宜,并在接下来的日子里把卡片收起来,直到11个月后才会用到它们。到那时,我们又拼命地回忆到底把它们放在了哪里。简而言之,我们的生活在很大程度上受自己所认为将要发生的事情影响。如果不考虑到这一点,就会很难解释我们的行为。

作为受时间约束的生物,我们知道未来并不总是如所期望的那样。去上班的火车晚点,互联网因雷雨而中断,飓风横扫并摧毁十几个加勒比海岛屿,选举结果并不像民调预测的那样,而我们的生活也被自己反对的人搅得天翻地覆。毫无疑问,我们非常重视预测未来。它帮助我们保护自己和家人,让我们有一种掌控了自己命运的(虚幻)感觉。我们是如此迫切地想知道未来会发生什么,以至于对书中最古老的骗局之一如痴如醉,那个骗局就是那些宣称对未来有特殊知识的人。如果祭司能影响神,他就可以安排一个有利的未来。如果萨满可以预言何时下雨,我们就至少可以提前做好准备,而不用浪费太多的等待时间。如果先知能算出天象,我们就可以留意那个高大黝黑的陌生人或骑驴名人。如果其中任何一人能让我们相信他们的能力是真的,我们就会蜂拥而上,去利用他们的技能。

即便这只是老掉牙的痴人说梦。

(三)

为什么有这么多人仍然相信运气、命运和征兆呢?

为什么我们很容易对神秘的符号、长长的清单、复杂的单词、精致而古老的服饰、仪式和圣歌产生深刻印象呢?

为什么我们会天真地认为,难以琢磨的浩瀚宇宙真的会在乎绕着某颗恒星运行的一块潮湿的石头上住着的一群进化过度的猿类?更何况这颗恒星真的非常普通,它只是在更浩瀚的宇宙里可观测的那部分中的一颗,而所有可观测的恒星多达10的17次方(十亿亿)颗。为什么我们要用人类的语言来解释宇宙呢?它是那种可以预测的实体吗?

即使在今天,人类为什么还如此轻信那些明显的胡说八道呢?

我指的当然是某些人的信仰,不是我的。我的信仰是理性的,它以坚实的事实为依据,是古代智慧的结晶,这些成果指引我按照人人应该生活的方式生活。那些人的迷信是盲目的,它没有任何事实根据,只有对传统的绝对盲从才能支撑这种迷信,而那些人却还在不断地告诫别人应该怎么做。

当然,那些人对我的看法和我对他们的看法大致相同,但有一点是不同的。

我是正确的。

这就是信仰的麻烦。盲目的信仰本质上是不可检验的。即使它是可测试的,我们也会经常忽略其结果,或者说,如果测试证明我们的信仰是错的,我们会拒绝承认。这种态度可能是非理性的,但它反映了人类大脑的进化过程和组织方式。对任何一个人的内心而言,信仰都是有意义的,即便是对于那些公认的笨蛋,也是如此。许多神经学家认为,人类的大脑可以被认为是一台贝叶斯决策机(托马斯·贝叶斯是长老会牧师,同时也是一位优秀的统计学家——更多关于他的故事,参见本书第8章)。大致说来,我所指的设备,其结构本身就是信念的具体化。通过个人经历和长期进化,我们的大脑已经形成了一张连锁假设的网络,在假设某些可能事件发生的情况下,推断出另一些事件发生的可能性有多大。如果你用锤子敲大拇指,那么它会疼——这几乎是肯定的。如果在下雨天,你不穿雨衣或不打伞就出门,那么就会被淋湿——这也几乎是毫无疑问的。如果天空看起来灰蒙蒙的,但当前的空气很干,你外出时没有带雨衣或雨伞,那么你会被淋湿的可能性就不太大。外星人经常乘坐飞碟之类的不明飞行物造访地球——如果你是这方面的信徒,那么这是毫无疑问的;但如果你不是,那么就会认为它绝无可能。

当面对新信息的时候,我们不仅仅是接受它。人类大脑的进化受到区分事实与虚构、真相与谎言的需求的严重影响。我们根据自己已经相信的东西来判断新的信息。有人声称看见天空中有一种奇异的光,正以难以置信的速度移动。如果你相信存在不明飞行物,那么它显然就是外星人造访地球的证据。如果你不相信,那就是那个人看错了,或者它可能是某种普通的新发明。我们常常不考察实际情况,本能地做出这样的判断。

某些人可能会与这种矛盾作斗争,因为大脑中理性的那部分会注意到这些明显的不一致。有些饱受拷问的灵魂完全放弃信仰,而另一些人则皈依某种新宗教或信仰体系……随你怎么称呼。不过,大多数人坚信从小就被灌输的那些信念。关于宗教的“流行病学”研究表明,特定的宗教派别过几代就会有所变化,人们的信念在文化上源于他们的父母、兄弟姐妹、亲戚、老师和权威人士。这就是我们常常认为局外人一无是处的原因之一。如果你从小就崇拜猫女神,每天都被警告如果忘记烧香或诵念经文,就会有可怕的后果,那么烧香念经和随之而来的满足感很快就会变得根深蒂固。事实上,它们正被连入你的贝叶斯决策大脑,让你无法不相信,不管别的证据看起来多么矛盾。就像按连着门铃的按钮不可能突然发动汽车一样,它需要彻底重新布线,而对大脑重新“布线”是极困难的。此外,知道诵什么样的经可以将你的文明和那些野蛮人区分开,他们甚至不相信存在猫女神,更不用说崇拜她。

信念也很容易被强化。如果你不断地寻找并筛选,“正面”证据总能被找到。每天都会有许多事情发生,有好事,也有坏事,其中的某些事情会强化人们的信念。贝叶斯大脑让人忽略其余那些“不重要”的部分,把它们过滤掉。这就是为什么人们会对“假新闻”如此大惊小怪。问题是,这一点很要紧。理性思维需要付出更多努力来推翻那些预埋的假设。

曾经有人告诉我,在科孚岛上有一种迷信,当人们看到螳螂时,认为它要么带来好运,要么带来厄运,这取决于发生什么。这听起来似乎很可笑(当然也可能不是真的),但是,自然灾害幸存者在感谢神听到他们的祈祷并拯救了他们的生命的同时,很少会想起遇难者再也不能开口了。基督教的某些派别把祷告的螳螂当作虔诚的象征,而另一些派别则把它当作死亡。我想,这是由你为什么会认为螳螂是在做祈祷,以及你是否相信祈祷决定的。

人类已经进化到能在一个混乱的世界里有效活动的程度。我们的大脑里塞满“迅速而粗糙”地解决潜在问题的各种方案。打破镜子真的会带来厄运吗?打破面前的每一面镜子来做这个实验的成本太高,如果迷信是错的,那几乎就不会有什么效果;但倘若它是对的,我们便在自找麻烦。为了以防万一,避免打破镜子会简单得多。每一个这样的决定都在加强贝叶斯大脑里的概率网络中的一条连接。

在过去,这些连接对我们很有帮助。那是一个更简单的世界,人们也过着一种更简单的生活。如果人们偶尔惊慌失措地“豹口脱险”,而最终发现那“豹子”原来只是在微风中摇曳的灌木,最多也就是自己看起来有点儿傻兮兮。但如今,如果有太多的人试图在不尊重客观事实的情况下,仅凭自己的信仰来治理这个星球的话,就会对自己和其他人造成严重伤害。

(四)

心理学家雷·海曼(Ray Hyman)在十几岁时就开始通过给人看手相赚钱。他一开始并不相信,但必须假装深信不疑,否则就不会有生意。他按照传统对手掌纹路进行解释,过了一段时间,他的预测变得如此成功——正如他的顾客们所说的那样——以至于他开始相信其中一定有什么原因。斯坦利·贾克(StanleyJaks)是一位专业的心理医生,他知道这个行当的所有窍门。他建议海曼做个实验,先弄清楚顾客的掌纹含义,然后告诉他们完全相反的意思。海曼测试之后指出:“令我吃惊和恐惧的是,我的解读和过去一样成功。”于是,海曼很快就成了怀疑论者。

当然,他的客户并没有这样觉得。他们下意识地选择那些看起来准确的预测,忽略不准确的预测。不管怎样,一切都是含混而不明确的,因此可以随意解释,信徒们可以找到大量的证据来证明手相术是有效的。科孚岛上关于螳螂的迷信也总是对的,因为没有后续的事件能够驳斥它。

为什么一些古代文明如此重视羊肝?确切地说这多少有点神秘,但内脏观察只是未来学家们庞大武库中的一种武器。据《以西结书》记载,古巴比伦王会问询家中的神像,也就是请教神明。而且,他还求助于真正的武器,他会“摇一摇箭”,这被称为箭卜术。在古巴比伦时代之后,这种占卜术还得到过阿拉伯人、希腊人和斯基泰人的青睐。箭卜术有好几种,但所有方法都用到了特殊的仪式箭,这种箭上装饰着神奇的符号。神秘的象征主义总是令人印象深刻,尤其是对那些受教育程度较低的人而言,它暗示着一种神秘的力量和隐秘的知识。人们写下某个重要问题的各种可能结果,然后把它们分别绑在不同的箭上,再射向空中。射得最远的就是正确答案。也许是为了避免浪费时间找回远处的箭,他们只是简单地把箭放在一个箭筒里,然后随机抽一支出来。

肝脏、箭矢——还有别的吗?几乎可以是任何东西。在《神秘学简明词典》里,杰里纳·丹维奇(Gerina Dunwich)列出了上百种占卜方法。占星术根据某人出生时的恒星构型来预测他的命运,手相术从掌纹里读出未来,而读茶术则观察茶叶,我们对这些方法都很熟悉。但这些仅仅是人类通过日用品预测宇宙的想象力的皮毛。如果你不喜欢看手相,那为什么不试试“脚相”呢?还有云雾卜(根据云的形状和方向推断未来的事件)、鼠卜(根据老鼠的吱吱声占卜)、无花果卜、洋葱卜(根据洋葱的发芽情况占卜),或者你也可以用整头猪(也可以是山羊或驴)做头卜,这种占卜方法曾经被日耳曼人和伦巴第人广泛使用。将山羊或驴献祭,取头炙烤。然后,把点燃的碳倒在头上,同时读出嫌疑犯的名字。当头发出噼里啪啦的声响时,就可以辨识出有罪的一方。这不算是预测未来,而是挖出过去的秘密。

乍一看,这些方法是如此不同,除了都是用日用品来完成某种仪式并解读结果的神秘含义之外,很难找到什么共同点。然而,许多方法都基于同样的假设:用小而复杂的东西模拟,以理解大而复杂的东西。茶叶在杯子里形成的形状是变化的、随机的、不可预测的,未来也是变化的、随机的、不可预测的。怀疑这两者之间可能存在某种联系,在逻辑上并不是巨大的飞跃。同样,云、老鼠的吱吱声,以及你的脚掌纹也是如此。如果你相信命运是在出生的那一刻就已经注定的,那么为什么不把它写在某个地方,让内行能看到呢?你出生的日期和时间会让什么发生变化呢?哈哈!当然是月球和行星在恒星背景下的运动啦……

古代文化不具备我们现在所掌握的广泛科学知识,然而并不只有他们相信占卜,现在有许多人依然相信占星术。还有一些人并不完全相信占卜,但他们觉得阅读星座运势,并看看它们准确与否是一件很有趣的事。在许多国家,非常多的人会参与购买彩票。他们知道中奖的概率很小(不过他们可能并不知道有多么小),但必须参与其中才有可能中奖,如果中奖,就能瞬间解决财务问题。我并没有说买彩票是明智之举,因为所有人几乎都会输,不过我知道的确有人中过50万英镑……

彩票(许多国家也有类似的东西)是一种纯粹碰运气的游戏,这一观点得到了统计分析的支持,但成千上万的玩家仍然认为,运用某些巧妙的系统可以战胜这种可能性。你可以买一台缩小版的彩票机,它可以随机吐出带号码的小球,然后用它来选择该押哪些号。这里包含了一个基本原理,那就是“真正的彩票机和缩小版的彩票机工作原理是一样的,它们都是随机的,因此在某种神秘的方式下,缩小版的彩票机会和真正的彩票机一样运行”。大机器在小机器上重复。它与茶叶以及吱吱叫的老鼠的逻辑是一样的。

(本文节选自《谁在掷骰子:不确定的数学》一书,人民邮电出版社2022年7月版,作者为英国伊恩·斯图尔特(Ian Stewart),英国沃里克大学数学系荣退教授,英国皇家学会会员。曾获英国皇家学会的法拉第奖章,美国科学促进会的“公众理解科学技术奖”和英国伦敦数学学会与英国数学及应用研究院颁发的“赛曼奖章”。译者为何生。澎湃科技获授权刊发。)

责任编辑:邵文

校对:栾梦

同源器官的定义

类器官 VS 组织样本 VS 动物模型

撰文:步步先生

来源:干细胞者说


● ● ●

提起类器官,大家的第一反应也许是这样的:在培养皿中,一个小小的器官悄然生长着……没错,这的确是类器官研究领域的一个努力方向。


类器官是2017年度 Nature Methods 评选的方法, 细胞可来源于人体,结构类似于器官,则可以作为接近人体的研究模型, 进行科学研究和药物筛选。Nature Methods 如此评价类器官技术:利用干细胞直接诱导生成三维组织模型,为人类生物学研究提供了强大的方法

可以搏动的心脏类器官 (Lee J. et al.)


-01-

类器官到底是什么

既然类器官不是器官,那它是什么?可以这样认为:类器官(Organoids)指利用成体干细胞或多能干细胞进行体外三维(3D)培养而形成的具有一定空间结构的组织类似物。尽管,类器官并不是真正意义上的人体器官,但能在结构和功能上模拟真实器官,能够最大程度地模拟体内组织结构和功能,并能够长期稳定传代培养(因此也被称为“微型器官”)。


3D培养的类器官包含多种细胞类型,能够形成具有功能的“微器官”,能更好地用于模拟器官组织的发生过程及生理病理状态,因而在基础研究以及临床诊疗方面具有广阔的应用前景。


科学家Lancaster 和 Knoblich,这样定义类器官:

“器官特异性细胞的集合。这些细胞从干细胞或器官祖细胞发育而来,并能以与体内相似的方式经细胞分序(cell sorting out)和空间限制性的系别分化而实现自我组建”。

图2:类器官定义及主要特征

基于这一定义,可以发现类器官具备这样几个特征:

必须包含一种以上与来源器官相同的细胞类型;
应该表现出来源器官所特有的一些功能;
细胞的组织方式应当与来源器官相似。



-02-

类器官发展历程

类器官发展历程

早在1907年,Henry Van Peters Wilson描述了体外再生的第一次尝试,他证明了游离的海绵细胞可以自我组织再生一个完整的生物。
1944年,两栖动物前肾的分离聚合实验;
1960年,鸡胚多个器官分离聚集实验;
1961年,胚状体的体外分化;
1981年,从小鼠胚胎中建立的多能干细胞,干细胞研究开始蓬勃发展。
1987年,乳腺上皮组织成三维导管和ECM提取物中的导管。ECM提取物中肺泡II型上皮细胞的分化。
1998年,科学家们才能够从人类囊胚中分离和培养胚胎干细胞。
2006年,科学家从小鼠成纤维细胞诱导制备出诱导多能干细胞(iPSC);
2008年,从胚胎干细胞生成大脑皮层组织时,类器官研究开始从2D向3D转变。
2009年,从成人肠道干细胞衍生出小肠类器官;
2013年,从多能干细胞衍生出大脑皮层器官,肾类器官,肝类器官,胰腺类器官;
2014年,从多能干细胞衍生出前列腺类器官,肺类器官;
2015年,衍生出乳腺、输卵管、海马类器官;
2020年,衍生出蛇毒腺类器官;
2020年,衍生出可搏动的心脏类器官。

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类器官未来应用方向

类器官的应用

目前类器官的未来应用方向主要有四点,分别是疾病建模抗癌药物筛选药物毒理检测,还有基因和细胞疗法

疾病建模
与2D培养物相比,类器官可能提供对发育、稳态和发病机制的更基本见解,并可能为疾病的诊断和治疗提供新的转化方法。

抗癌药物筛选
类器官已经成功地从结肠、前列腺、乳腺和胰腺的原发性肿瘤中构建出来。这些“肿瘤类器官”已成为临床前模型,有可能预测个体患者对治疗的反应。例如,来自转移性胃肠癌患者的肿瘤类器官活生物库,重现了这些患者在临床试验中对抗癌药物的反应。


肿瘤类器官,也可用于研究肿瘤生态位。代表不同级别结直肠肿瘤的类器官库,揭示了从正常组织到腺瘤再到癌的转变过程中对生态位因子的依赖性降低;发现生态位因子依赖性主要与肿瘤的基因组成有关。肿瘤类器官是将癌症相关基因组数据与肿瘤生物学联系起来的一种手段,可以为药物筛选和个性化治疗提供基础。


药物毒理检测
器官毒性是药物开发失败和批准后撤回的主要原因。当前使用细胞系和动物模型的毒理学筛查通常无法预测人类的不良反应(其中肾脏和肝脏毒性是最常见的)。3D类器官可能提供更准确的毒性预测手段。

令人鼓舞的是,肾脏类器官已被证明可以重现顺铂和庆大霉素的肾毒性作用。类器官的其他优势包括,它们的遗传稳定性和高通量筛选的可扩展性。例如,人类肾祖细胞在3D培养中具有几乎无限的自我更新能力,这可能是肾毒性筛查标准化的福音。

美国食品药品监督管理局(FDA)开始利用三维“肝脏芯片”类器官模型来检测食品添加剂、营养补充剂和化妆品的肝脏毒性。


基因和细胞疗法
在结肠、肝脏、胰腺、视网膜和甲状腺中观察到移植的类器官(或来自类器官的细胞)的功能整合。在这些研究中,不同级别的证据被用于支持功能,包括与天然组织的形态相似性、与宿主的连接(通过血管或突触)、上皮渗透性等。基因组编辑还被用于纠正CFTR中的突变,并恢复来自囊性纤维化患者的结肠类器官中CFTR蛋白的功能。研究表明,类器官可能是未来基因和细胞治疗方法中的细胞来源之一。然而,需要更多的研究来评估这些方法的有效性和安全性。将诱导的多能干细胞引入临床的努力可以为该领域提供指导。


-04-

未来可期,征途漫长

类器官研究,为疾病建模和药物筛选做出了重大贡献。类器官仍然存在一些局限性,与动物模型相比,缺乏功能性的血管系统、神经系统或免疫系统是类器官的缺点,这些缺点使类器官远远比不上体内模型。在现阶段,疫苗和药物开发仍然需要动物模型。


未来,类器官将用于模拟更复杂的器官,模拟器官内相互作用,并探索致病机制。来自健康或患者的类器官,可提供不同年龄、性别或种族群体个体的易感性的可靠分子评估,并为当前和未来提供个性化的治疗策略。

类器官,就类似于调制一杯鸡尾酒,还有很长的路要走 。

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传说中的“干细胞”提取物到底是怎么一回事


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- 科普 情怀 责任 -

器官的定义是什么

编者按:习近平总书记指出,“科学普及是实现创新发展的重要基础性工作。”为助力高水平科技自立自强,中国科协科普部联合光明网推出“院士高端科普”栏目,邀请各领域院士就我国当下热点科技问题给予权威解答,服务引导更多科技工作者提升科研科普能力,促进全民科学素质提升,为科技强国建设贡献科普力量。#千万IP创科普

人类器官移植可谓医学发展史上的奇迹之一,它是在病人实在没有其他可选择办法的情况下的一种“最终解决方案”。从19世纪到如今,人类器官移植经历了从“幻想阶段”到“梦想阶段”再到如今的“梦想成真”,21世纪,器官移植又有了新的“理想”。

器官移植的基本问题

将一个器官的部分或者整体的器官,从某个个体转移到另一个个体的过程,我们把这个过程称之为“器官移植”。供体(提供器官的人)的器官包括心脏、肾脏甚至肝脏,都可以进行移植。这就是器官移植的大致定义。

在做器官移植之前,医生应该把握一个基本的前提和原则,那就是非不得已不为之。进行器官移植,必须是出于救助病人生命的目的,病人本人要知情同意,绝对自愿,并且生命可以自己做主。并且还要坚持对病人有利公平的原则。

哪些患者需要做器官移植?以肝脏举例来说,病人的肝功能衰竭,使用内科药物和外科手术都无法缓解,这时就可以考虑通过移植更换肝脏来确保病人得救。肾功能衰竭的病人,靠透析也无法保证正常的肾功能,这时也可以考虑器官移植。另外一部分病人是患有先天性疾病,器官有缺陷,也可以考虑做器官移植。

什么器官可以做移植?一般来说,一位健康的供体捐献的器官,可以让75名患者受益。目前供体的器官可以包括除了大脑之外几乎所有的身体器官,从皮肤到骨头,包括角膜,都可以移植。

器官移植的发展史

人类对器官移植的想象,可以追溯到很久之前。著名的埃及狮身人面像,就是人们对动物猛兽类的崇拜和器官移植原始想象的结合,将人类的头颅移植到强壮的狮子身体上,来保护金字塔。

古希腊神话中名为“喀迈拉”的怪物,它拥有狮子的头,山羊的身躯,和一条蟒蛇组成的尾巴。美国的器官移植学会ASTS甚至直接使用“喀迈拉”的形象来作为会徽。

中国最早进行器官移植的人是扁鹊,给两位病人换心。虽然也是接近神的内容,但可以看出中国古人对通过器官移植来挽救病人生命的向往。

关于器官移植想象真正的巅峰期是美国科幻小说《科学怪人》出版时期。在小说中,主人公的全身各处器官是从停尸房拼凑而来,借助雷电重获生命。欧洲文艺复兴时期则是器官移植的“梦想阶段”,医生加斯帕雷将一位梅毒病人背部的皮肤移植到他溃烂的鼻子上,促使创面愈合。这是早期皮肤移植效果比较好的案例,也是现代外科技术带蒂皮瓣移植的雏形。

1682年,俄罗斯一位贵族士兵在打仗时头骨残缺受伤,医生用狗的头骨来成功完成了修补,但被当时的基督教认为这是对人类的一种侮辱和亵渎,最终这位战士又将狗的头骨去除,认为信仰应比生命更重要。这其实是人类历史上第一次异种移植,但由于不受到宗教认可而最终失败。

到19世纪末,器官移植研究记录开始趋于系统化和正规化,第一例移植动物模型(狗)在这个时期建立。真正的实体器官移植如肝肾心肺等器官的移植开始于1912年前后。在这一时期科学家卡雷尔发明了“三线缝合法”,宣布血管吻合技术的问世,解决了移植器官的血供问题。卡雷尔也最终凭借该项成就获得了1912年的诺贝尔生理学或医学奖。

人类对器官移植真正实现“梦想成真”是在1954年,美国有一对同卵双胞胎兄弟,哥哥罗纳德将自己一个健康的肾脏捐献给了患有慢性肾炎的双胞胎弟弟,成功实现肾移植后弟弟生存了8年。同卵双胞胎的遗传物质相同,避免了移植排斥,也开创了肾移植的先河。

1950年后,世界上进行的多例器官移植大多以失败告终。主要原因是一方面器官离体之后需要持续保证它的活力,当时还没有这项技术。另外一点是缺乏免疫抗排斥反应的药物。

1960年后这两项难点得以解决,器官移植后患者的存活率也得到了大幅提高,器官移植手术获得广泛开展。

进入21世纪,器官移植飞速发展。到2021年,全世界完成的实体器官移植已达到14万多例,并且器官移植的捐献人数已经达到39000余人,这些供体中又有78%来自脑死亡的患者。

最近的新闻报道中统计显示,心脏器官移植后的5年存活率已经可以达到76%,肝脏器官移植后的5年存活率可以达到77%,肾脏器官移植后的5年存活率可以达到87%。

在中国,我们真正开展器官移植是在1970年以后,也是经过了不同的发展阶段。当时我国所有抗排斥反应的药物都依赖进口,甚至供体的来源也不符合国际要求。

一直到2015年,我国开始正式实行公民自愿捐献器官。在器官移植效果上,我国肝脏器官移植的5年生存率可以达到86.4%,肾脏器官移植3年生存率已经可以达到98%。我国的器官移植取得了大幅度的发展。

中国目前已成为器官移植大国,但在器官移植捐献方面,统计数据显示,截至2024年10月21日,中国有6919803万人愿意捐献器官,已经真正实现器官捐献的例数是55390例,完成器官移植的数量是170955例。相比14亿人口,中国的志愿器官捐献人数仍有待提高。

西京医院的器官移植和未来发展

我们西京医院(空军军医大学附属医院)全军器官移植研究所是国家器官移植临床重点专科。目前医院可以完成心、肝、肺、肾、小肠、胰腺以及换脸、子宫和多器官移植等。是国内开展器官移植种类最全的单位,包含多项中国、亚洲和世界器官移植新技术。

上世纪80年代末,国际上活体肝移植刚刚起步,国内尚无成功经验。90年代初期,我代表西京医院赴美国、日本和香港学习肝移植先进技术,回来后开展国内的活体肝移植手术。

1997年,我们完成了一例9岁女孩的活体活体肝移植手术,将小女孩的肝全部拿掉,将其父亲的一部分肝切下来移植给这位小女孩,这个小女孩术后健康存活了13年,创下当时国内活体肝移植最长存活时间。

后续我们又完成了辅助性活体肝移植,适用于先天性代谢病肝病和急性暴发性肝衰的治疗,最具代表性的就是脾窝辅助性肝移植。除此之外,我们提出了多脏器联合移植“优先、序贯、共存”的三原则,完成了亚洲首例成功的肝-胰-肾多器官联合移植,患者术后正常生活,已健康存活18年,是世界肝-胰-肾联合移植长期存活记录保持者。2015年,西京团队还完成了国内首例活体子宫移植。

但尽管器官移植的成功案例已经屡见不鲜,我们目前仍然面临着器官短缺的世界性难题。根据世卫组织统计,全世界每年大约有200万人需要器官移植,但仅有约10%的患者可以等到合适的器官。中国的器官短缺问题更为严峻,2024年1-9月份,中国的器官供需比为1:8.96,我们应在符合国家和国际上关于科技伦理相关规定和要求的前提下,拓宽器官来源途径。

鉴于这种情况,未来,异种移植将是器官移植比较理想的发展方向。并且我们已经发现,猪已成为最佳异种器官来源。因此科学界对未来异种器官移植走向基因编辑猪时代寄予厚望。

西京医院的异种移植已经走过了11年历程,目前处于“国内引领、国际一流”的地位。我们已经完成了从器官移植到组织移植、从猪-猴移植到猪-人移植的多例临床案例。在不久的将来,我相信,异种器官移植将挽救更多人的生命。

(作者:窦科峰,中国科学院院士、空军军医大学第一附属医院(西京医院)肝胆外科主任医师,严涛整理)

来源: 光明网-科普中国

器官的定义由多种什么构成的具有一定什么的结构

无论是人体器官移植的运用,还是人造器官的出现,这一切的成就,都是建立在人类对自身器官的研究之上。可这种研究,又是从何时开始的呢?

按照现有的研究来看,西方社会对器官的研究,是基于解剖学而起,其中最有代表性的,就是诞生于十六世纪时的解剖著作《人体的构造》,该书阐述了人体器官的基本结构。

而东方的器官研究,则相对要早上数千年,可以追溯到先秦时代的《黄帝内经》,尽管那个时代并没有所谓的解剖学说,但并不妨碍中医对人体器官的感知。

最好的证明就是我们所说的“五脏六腑”,这个成语出自《吕氏春秋》中,可见当时的人们,已经有了器官的概念。

不过,无论是西方学者,还是东方医者,大家都难倒在了同一器官上,那就是人类的大脑。

大脑:很可能有自主意识

当然,这种所谓的“难倒”,指的并不是大脑的构造,因为人类对于大脑构造的研究,可追溯的时间十分长远。

比如距今5000多年前的埃及人,就对人脑的构造,进行了彻底的研究,并记录了一些关于脑部构造的描述,这也可以算作是人类最早的脑研究了。

但值得一提的是,埃及对脑部的研究,其初衷并不是科学求证,而是为了宗教而服务。

在埃及信仰的教义中,人们普遍认为木乃伊才是获得来世的保证,可制作木乃伊时,就涉及到器官的移除和保存。

在这样的背景下,器官就出现了所谓的主次之争,即究竟哪一个器官,对于人类来说,才是最为重要的。

在历经多次的试验后,埃及人认为大脑与其他器官的联系实在太弱,反倒是心脏的联系要多一些。

而且,大脑如果死亡,人体依然是可以运作的,而心脏一旦停滞,那生命也就消逝而去了。

所以,埃及人就把心脏奉为了最主要的器官,而大脑则因此被排除在外。

不过,令埃及人意想不到的是,历经现代医学的研究后,大脑其实才是人体中最复杂,且最神秘的存在,因为它很可能具有自主意识。

可能有人会反问:大脑中有意识不是很正常嘛,人如果无意识了,那问题才严重吧。

诚然,一个人的意识,确实是来自于大脑,这是人类正常的感知力,就好比一个人看到圆形线条,那自然就会得出“圆圈”和“呼啦圈”的认识结论。

可我们要注意,这个意识指的是人的意识,并非是大脑的自主意识,简单来说,抛开“人”这个主体后,大脑应该是没有属于自己的认知的。

然而,随着相关研究的推进,令人感到震惊的是,大脑很可能是拥有自身意识的,也就是说,大脑或许本身就是一个独立的主体,只是因血液的供给,而被迫为人体“打工”罢了。

支撑该学说的,是一种名为“大脑预测思维”的理论,在这种概念中,大脑中的思维被划分成两类,一者是“意识”,另一者则是“无意识”。

其中,“意识”就是我们的正常认知,就如前文所言,是对事物的感知能力,也是大脑给予人类最大的能力。

“无意识”则指的是大脑自己的意识,有人也将其称之为“潜意识”。

而在“大脑预测思维”理论里,学者们就认为,无论人看到什么东西,大脑都会一直进行预测工作。

仍是前文的例子,人看到一个“圆形线圈”,那大脑就会暂时的,将其预测为“圆圈”或者是“呼啦圈”。

至于这一有意思的过程,则就是“无意识”的思考过程,因为人类根本感知不到这种预测行为,这是属于大脑自己的思考。

人类能够感知到的,就是当“原型线圈”被确定为“呼啦圈”时,自身所产生的感知认可,而这便是“意识”,是人类和大脑共有的。

不过,有意思的是,“无意识”和“意识”的认知,并不是时时刻刻相同的。

比如人类主体可能认为,所见的“圆形线圈”就是呼啦圈,但“无意识”却认为,那只是个圆圈。

在这种情况下,大脑就会使用潜意识不断给予暗示,最直观的表现,就是人所表现出的“不对劲”和“不确定”,这其实就是大脑自主意识,对人体主观意识的否定。

由此,我们便可得知,大脑虽说是人体器官,但它本身很可能是具备自主意识的。

然而,就在人们仍惊叹于大脑的神奇时,另一个人体器官却突然“杀出”,它拥有着比大脑更为复杂的结构,且也可能拥有自主意识,那就是皮肤。

最大、最复杂的人体器官:皮肤

皮肤,这大概是人们最为熟悉的人体组成部分了,尤其是对于大多数女生而言,如何保养皮肤成了她们一生的必修课。

但很少有人知道,皮肤本身其实也是器官,而且还是人体最大的器官,最好的证明,就是皮肤的百科定义:

“包在身体表面,直接同外界环境接触,具有保护、排泄、调节体温和感受外界刺激等作用的一种器官,是人的身体器官中最大的器官”

不过,经过医学的深入研究后,人们逐渐发现,皮肤除了保护人体之外,其他功能的强大,很可能是人类无法想象的。

首先,皮肤的感知力极强,它能够帮助人类判断触碰物的软硬、温度,甚至是材质等,但很少有人知道,皮肤对于事物的感知,并不仅限于“触摸”。

比如,当一个人在打针或接种疫苗时,那他看着针扎入其中,和不看着针扎入的痛感,无论是在时效上,还是程度上,其实都是不同的。

简单来说,就是人如果看着针扎入体内,其痛感反应会更快且更剧烈。

这主要就是因为,当针在接近人体时,其实皮肤已经模拟出了痛感,并迅速将这一感觉上传到了大脑,进而导致人感受到的痛感,就变成了“双份”,而且速度也更快。

而这种具有预测性的感知,便就与前文提到的大脑自主意识,有着几分相像的意味了,换句话来说,皮肤本身很可能也拥有着,与大脑类似的自主意识,以至于使它能够进行预测和感知。

除此之外,皮肤适应性和生长性,也为该理论提供了有力支撑。

众所周知,皮肤在受到损伤后,是可以进行自我修复的,甚至,还能长出一套新的体肤。

而且,皮肤还会根据环境特征,而发生一些改变,比如在干燥的地方,皮肤就会变得粗糙,在紫外线强烈的地方,皮肤就会变得黝黑等。

这种生长性和适应性,让皮肤在一众器官中脱颖而出,就宛如一个独立的个体一般。

同时,在现代医学的帮助下,人类还发明了植皮手术,也就是将一个部位的皮肤,移植到另一个地方继续生长。

然而,也正是“植皮”的出现,颠覆了人们对皮肤的看法。

因为,当人们将准备进行植皮皮肤,放入培养皿观测时,竟惊奇地发现,皮肤在脱离人体后,依然会根据环境而进行变化,就好像独立的生命体。

一定的自主意识,加之独立的生命体征,这两项因素的叠加,让人体皮肤瞬间成为了,与大脑同样神秘的存在。

不过,令人大感遗憾的是,目前的医学水平,仍不能解答皮肤的这两项特殊性,或许待到医学大发展的时代,人们才能解密出属于皮肤所隐藏的秘密。

参考资料:

《人体中最诡异的器官,皮肤是有多神奇(拥有自主意识)》--------探秘志

《人体最难解释的器官,复杂结构不输大脑,人的皮肤到底有多神奇》-------万物知识局(百家号)

《微史记|人人都有大脑,但对大脑,我们又了解多少?》---------扬子晚报

《研究揭示大脑如何产生自我感知》---------中国科学报

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