“我們目前將研究的重點放在前臂與手掌上，用于模型系統的建立與基本原理的驗證。”波士頓馬薩諸塞州綜合醫院的哈拉爾德·奧特（Harald Ott）是培植這條大鼠前肢的主要功臣之一。“不過，同樣的技術還可應用于腿和胳膊等其他四肢部位。”

“這就像現實版的科幻小說。”佛蒙特大學醫學院的丹尼爾·維斯（Daniel Weiss）如是說，他正在研究肺臟的再生。“這是一項激動人心的新技術，但如何制作一條功能齊備的肢體將是一大挑戰。”

許多接受了截肢手術的患者身上安裝的義肢在外觀上毫無問題，但卻無法像真正的四肢那樣發揮功用。現在，市面上又出現了一些利用仿生學的人工義肢，它們可以發揮功能，但不自然的外觀依舊是個硬傷。手部移植手術是另外一種解決方案，目前也有不少成功的案例，但為了防止身體出現排異反應，接受移植的患者也需要終生服用免疫抑制藥物。

而生物肢體（biolimb）一旦成功，以上諸多問題都將迎刃而解。這種肢體由患者自身的細胞“培植”而成，因此不需要免疫抑制藥物的輔助，而且它在外觀和運動功能上都將與自然狀態的肢體十分接近。

“這是對生物肢體培育的初次嘗試，而且據我所知，目前尚無其他技術培養的復合組織能夠達到我們的復雜度。”奧特說。

如何做出一條前肢？

制作這條大鼠前肢的技術叫做“decel/recel”（分別是decellularization和recellularization的縮寫，意為“脫細胞化”與“再細胞化”），之前在實驗室中，這種技術已經被用于研制人造心臟、肺臟和腎臟。利用該技術制作的一些簡單器官——例如氣管和聲帶——已經被用于移植手術，并在不同程度上取得了成功。不過，它也遭到了一些非議。

人造器官的第一步是“脫細胞化”：供體的器官/肢體經過去垢劑處理，剝離了全部的軟組織，僅留下由惰性的膠原蛋白構成的器官“支架”，從而完好地保留它們原有的復雜結構。在此次培植大鼠前肢的實驗里，血管、肌腱、肌肉和骨骼處的膠原蛋白結構在此步操作之后被存留了下來。

第二步就是“再細胞化”，這時要將接受移植個體的細胞“種”在“器官支架”上，然后將它們放在生物反應器中培養，讓新的組織細胞依附支架生長起來，最終使器官重新恢復“有血有肉”的狀態。最終，新的器官上不會留下任何帶有供體細胞特征的軟組織，所以它也不會被到受體的免疫組織識別為“異己”。這樣一來，排異反應就可以避免了。

同樣是利用脫去細胞再培養的方法，造出一條前臂可比培養氣管難得多，因為前者需要培育更多種類的細胞。為了解決這個問題，奧特首先將脫細胞后的大鼠前肢“骨架”置于生物反應器當中，并利用一套人工循環設備為其提供養分、氧氣以及電刺激。隨后，他將人類內皮細胞注入血管的膠原支架，1個小時之后，內皮細胞重新附著在血管表面。這一步非常關鍵，他說，因為這樣能使新長出來的血管更加結實，而不會在內有液體循環的情況下出現破裂。

接下來，他將小鼠成肌細胞、小鼠胚胎成纖維細胞以及人類內皮細胞混合在一起，注入前肢支架中原本被肌肉組織占領的空位。2~3周后，血管和肌肉的重建完成。最后，奧特給前肢實施了皮膚移植手術，終于大功告成。

不過，這條前肢的肌肉能用嗎？為了驗證這一點，研究團隊利用電脈沖刺激肌肉，發現大鼠爪子真的會做出抓握動作，而且肌肉的強制性張力達到了新生大鼠肌肉的80%。“這說明我們能實現手掌的彎曲與伸展。”奧特說。他們還為若干只大鼠進行了移植手術，實際檢測了這種生物肢體的功效。血管連接完成后，受體大鼠的血液順利流入了人造前肢的血管，并且能記錄到血流的脈動。不過，他們并沒有在活體大鼠上測試肌肉運動功能或排異反應。 

前路漫漫

奧特表示，盡管他們已經完成了近百條大鼠前肢的脫細胞化，又給其中至少一半的支架“種”上了新的細胞，但目前需要做的工作還有很多。首先，他們需要在肢體里種上組成硬骨、軟骨等其他組織的細胞，觀察這些細胞能否再生。下一步，他們必須證明神經系統也能完成重建。前人的手部移植手術結果表明，受體的神經組織能夠延伸并穿入新接上的手掌，最終實現對新器官的控制。而人工培植的生物肢體是否也能做到這一步，還有待進一步實驗驗證。

除此之外，奧特和同事們還在論文中展示了靈長類動物前臂成功被脫細胞化（見下圖）的成果。目前，他的團隊已經開始在靈長類動物的“支架”上培育人類血管細胞，這是通往人類生物肢體技術的第一步。與此同時，他們也開始在大鼠試驗用人類成肌細胞替代小鼠成肌細胞并觀察效果。不過，奧特指出，大量的后續工作必不可少，在滿足人體測試要求的生物肢體出現之前，我們至少還需要等上10年。

脫細胞處理的靈長類肢體。

“這是一次值得矚目的進步，而且具備堅實的科學基礎，不過，哈拉爾德的團隊還需要解決一些技術上的難題。”賓夕法尼亞州匹茨堡大學的史蒂芬﹒巴蒂拉克（Steven Badylak）評論說，他曾經在豬肌肉組織制成的支架上進行移植體培育，并在13名病人當中成功實現了腿部受損肌肉的再生。“在所有這些問題當中，血液循環可能是最棘手的一個，而且你必須確保內皮細胞能覆蓋到最細小的毛細血管，這樣它們才不會塌陷并導致血栓，”他說道，“不過，將已知的生物學基本原理投入實際應用其實是一個工程問題，工程師們就是這么做的。”

其他一些研究者提出了更多批評意見。“對于手這樣的復雜器官而言，其中的組織和結構實在太多了，因此這種方法肯定是不現實的。”奧地利維也納大學的奧斯卡﹒埃茲曼（Oskar Aszmann）說，他曾經發明了一種可以用“意念”控制的仿生手。“而且，要想讓一只手實現有意義的功能，就必須讓它長滿成千上萬的神經，這在目前依舊是一個無法逾越的難關。所以，盡管這是一項很有價值的工作，但它在當前只能停留在基礎研究階段，而無法進入臨床實踐。”

奧特設想，將來人類的器官捐贈計劃或許也將囊括四肢捐贈。用于再生血管的細胞可以從受體的小血管中獲得，而肌肉細胞則可從大腿等部位的大型肌肉中取得。“如果提取大約5克（的肌肉組織），就能從中培養出人類骨骼肌成肌細胞。”

僅僅在美國就有150萬的截肢者，因此此項肢體再生研究具有重要的意義，奧特如是說。“目前，如果你失去了胳膊腿，或是因為癌癥治療、燒傷等緣故損傷了部分軟組織，能供你選擇的治療方案是很有限的。”