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股骨頭壞死晚期患者常因股骨頭嚴(yán)重塌陷、脫位或繼發(fā)性骨關(guān)節(jié)炎,而不得不考慮人工關(guān)節(jié)置換。但這種療法并不完美,由于髖關(guān)節(jié)假肢存在使用壽命,許多患者不得不(多在老年期)再次面臨入侵性手術(shù)。
為了規(guī)避這種二次傷害,耶魯大學(xué)外科醫(yī)生丹尼爾·維茲尼亞博士研發(fā)了一種結(jié)合干細(xì)胞療法與3D成像技術(shù)的全新療法,能夠改善患者股骨頭血流,促進(jìn)骨骼再生,有望降低10%髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的需求。
股骨頭(髖部)壞死,又稱(chēng)股骨頭缺血性壞死,是由不同病因?qū)е铝飨蚬趋赖难罕磺袛嗷驕p少,從而使股骨頭進(jìn)一步缺血、壞死、甚至塌陷的一種病變。
醫(yī)學(xué)界對(duì)這種疾病的認(rèn)識(shí)可以追溯到百年前,當(dāng)時(shí)股骨頭壞死還是一種較為少見(jiàn)的疾病,隨著糖皮質(zhì)激素的面世及人們出行方式的改變,股骨頭壞死患者開(kāi)始激增。
據(jù)統(tǒng)計(jì),世界上有3000萬(wàn)人正在遭遇這種嚴(yán)重的骨關(guān)節(jié)疾病,他們大多集中在30-50歲之間,正好處在人生的黃金期。若沒(méi)有進(jìn)行及時(shí)干預(yù),患者髖關(guān)節(jié)球窩關(guān)節(jié)的球部分還會(huì)自行塌陷,造成行走障礙。
△股骨頭缺血性壞死圖示
此時(shí),一般會(huì)依靠人工關(guān)節(jié)置換術(shù)來(lái)拯救“報(bào)廢”的髖關(guān)節(jié),但使用“人工零件”絕非一勞永逸。就目前技術(shù)而言,盡管髖關(guān)節(jié)假肢的壽命在不斷延長(zhǎng),但零件翻修仍是每個(gè)患者未來(lái)的必經(jīng)之路,這意味著患者需要(大多在老年期)再次接受入侵性手術(shù),存在一系列的風(fēng)險(xiǎn)及潛在并發(fā)癥的可能。
為了繞過(guò)這種二次傷害,耶魯大學(xué)外科醫(yī)生丹尼爾·維茲尼亞(Daniel Wiznia)博士正在實(shí)踐一種外科技術(shù),試圖通過(guò)患者自身干細(xì)胞來(lái)實(shí)現(xiàn)骨骼再生,血流恢復(fù),以避免進(jìn)一步的介入手術(shù)。
“這種療法將重塑原有規(guī)則。”Wiznia博士如此說(shuō)道。
01
防止股骨頭坍塌
干細(xì)胞的骨骼再生術(shù)
Wiznia博士將我們的骨骼比作了餐盤(pán):“隨著時(shí)間的推移,餐盤(pán)的釉面會(huì)產(chǎn)生裂縫并最終引發(fā)破裂。我們的骨骼也是如此,不同點(diǎn)在于我們的血液能為骨骼提供營(yíng)養(yǎng),其中的細(xì)胞每天都在為我們修復(fù)裂縫。”
他繼續(xù)解釋道:“但對(duì)于缺血性壞死的患者而言,由于不再有血液供應(yīng),他們的骨骼無(wú)法自行再生和修復(fù)裂縫,股骨頭也因沒(méi)有營(yíng)養(yǎng)而開(kāi)始死亡?!?/span>
△耶魯大學(xué)髖和膝關(guān)節(jié)整形外科醫(yī)生丹尼爾·維茲尼亞
這是股骨頭缺血性壞死的后果,也是干細(xì)胞能有所作為的領(lǐng)域。因具有多向分化及自我更新的能力,在一定的誘導(dǎo)下,干細(xì)胞能夠分化再生為新的血管、肌肉、甚至骨骼。這意味著我們不需要依賴(lài)?yán)浔捏y關(guān)節(jié)假肢,而是能用嶄新的骨頭去替換受傷的骨頭,
與此同時(shí),Wiznia博士也提到了治療股骨頭缺血性壞死的另一大挑戰(zhàn)—外科醫(yī)生明明要在三維空間中進(jìn)行手術(shù),卻只能依賴(lài)x光等二維圖像定位。
如果實(shí)際治療區(qū)域偏移,勢(shì)必會(huì)影響手術(shù)效果。為此,擁有骨科和機(jī)械工程、材料科學(xué)雙重領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)的Wiznia博士,決定在干細(xì)胞療法中引入3D成像技術(shù)。
他與耶魯大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院、耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的綜合3D外科團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了密切合作,通過(guò)計(jì)算機(jī)創(chuàng)建患者髖關(guān)節(jié)的3D模型,為每位患者量身定制一套手術(shù)方案,以便醫(yī)生可以精確地瞄準(zhǔn)骨壞死區(qū)域。
“這將大大提高整體術(shù)后成功率?!盬iznia補(bǔ)充道。
△ 含有干細(xì)胞的材料會(huì)被注射到骨壞死區(qū)域
而在具體操作中,Wiznia首先從病人的骨盆中獲取了適量骨髓,并在手術(shù)室內(nèi)使用離心機(jī)以分離和濃縮個(gè)體自身的干細(xì)胞。隨后創(chuàng)建髖關(guān)節(jié)的3D模型,并精準(zhǔn)定位缺血性壞死的區(qū)域,最后將含有干細(xì)胞的材料注射其中。
這種手術(shù)只會(huì)產(chǎn)生3-4個(gè)1cm的切口,患者通常1-2周就能恢復(fù)行動(dòng)。而術(shù)后不久,他們?nèi)毖詨乃绤^(qū)域的血液供應(yīng)恢復(fù)了活力,骨骼重新填滿了新的細(xì)胞。
Wiznia博士總結(jié)道:這種結(jié)合3D成像技術(shù)的新型干細(xì)胞療法,可以改善股骨頭缺血性壞死患者的病情,降低股骨頭塌陷的風(fēng)險(xiǎn)并減輕疼痛,而這一改變也終將轉(zhuǎn)化為更少的年輕患者需要髖關(guān)節(jié)置換術(shù)以及晚年第二次的入侵性手術(shù)。
02
當(dāng)器官變成“零件”
干細(xì)胞開(kāi)啟醫(yī)學(xué)新時(shí)代
事實(shí)上,干細(xì)胞的再生能力并不局限于血液、骨骼還有肌肉,作為我們體內(nèi)的原始細(xì)胞,它其實(shí)是我們身體里大多數(shù)細(xì)胞的來(lái)處,換言之,只要外界能給予干細(xì)胞適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo),它也能按需分化為心肌細(xì)胞、胰島細(xì)胞、肝臟細(xì)胞等。
這樣的特性給予了科學(xué)家們無(wú)盡的想象,他們認(rèn)為:干細(xì)胞或許會(huì)是人工“器官”的最佳來(lái)源。
2014年,日本利用iPS細(xì)胞衍生視網(wǎng)膜細(xì)胞并成功移植,5年后,iPS細(xì)胞已經(jīng)能聯(lián)合3D打印制造出血管、心室和心房一應(yīng)俱全的迷你版“心臟”。當(dāng)時(shí)間來(lái)到今年,iPS細(xì)胞已完成肝臟、腎臟和胰腺等復(fù)雜器官的初步打印。
△左上圖3D打印心臟,左下圖iPSC制成角膜,右上圖細(xì)胞3D打印耳朵,右下圖干細(xì)胞培育類(lèi)血管器官
雖然這些類(lèi)器官組織還不能真正地替代人體的器官,但我們?nèi)钥梢云诖@樣一個(gè)未來(lái):待到干細(xì)胞技術(shù)成熟,人類(lèi)的組織器官就像是“汽車(chē)零件”,無(wú)論哪個(gè)零件出現(xiàn)損壞都能替換、再生。
這不但意味著組織器官上的疾病將不攻自破,還有望改寫(xiě)人類(lèi)的極限壽命,到那時(shí),“向天再借幾百年”的夢(mèng)想或許真能走向現(xiàn)實(shí)。
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面對(duì)股骨頭缺血性壞死,人工關(guān)節(jié)置換術(shù)似乎已經(jīng)足夠優(yōu)秀,但研究者依舊在竭盡所能地更新療法,規(guī)避傷害。科學(xué)是不會(huì)停滯不前的。畢竟,每種疾病都需要一個(gè)最優(yōu)解,而每位患者都值得收獲更好的人生。
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