在明尼苏达大学多丽丝·泰勒（Doris Taylor）细胞分子生物实验室里，一颗很小的粉红色心脏正在被一套复杂试管包围的玻璃腔室中跳动。每次收缩，粉红色营养液就会在心脏底面划出一道细细的曲线，从大动脉中流出来。最重要的是，这颗活体心脏是在实验室里制造出来的。

　　泰勒带领着明尼苏达大学心血管修复中心的科研团队，通过尝试使用动物心脏作为骨架的新方法成功地造出了生物人工心脏。他们首先取出一颗老鼠或猪的心脏，然后用化学试剂分解心脏细胞，留下来的就是细胞间质骨架。这个骨架是由糖类和蛋白质组成的复杂结构，保留了心脏的各个腔隙、瓣膜和血管。研究人员再将从新生动物体内提取的心脏细胞添加到这个骨架中，然后把整个人造心脏放入能够为其提供生理学刺激（譬如压力和电的模拟刺激）的生物反应器中孵育。过不久，心脏便会开始微弱地自发跳动。

　　他们的目标是要使用这种方法造出适用于移植的心脏和其他器官，即在除去细胞的死体或猪的器官骨架上种植病人的心脏细胞让其不断增殖。由于这个再造器官实质上是由病人自体细胞组成的，因此该器官将与患者机体完全相容。理论上，病人不再需要严格的免疫抑制剂疗程，因为生物人工心脏不会引发强烈的免疫排斥反应。泰勒说道“尽管成功移植心脏是个伟大的尝试，但使用免疫抑制剂能引起高血压和肾病，所以对患者来说不过是好了旧病又来了新病，因此我们希望能通过全新的尝试来解决这个问题”。

　　通过培育健康心脏组织来修复损伤心脏的想法并不是新理论。很多科学家都在致力于使用细胞疗法将健康的心脏细胞注射到心脏失去功能的指定区域来恢复心脏功能。其实泰勒早先在杜克大学就在该领域做出过开拓性成果。研究人员也在通过开发可以被缝到受损心脏表面的心脏组织补片来达到加强心脏收缩力的目的。泰勒说，上述两种方法主要适用于心脏损害不太严重的病人。与此相比，泰勒的生物人工心脏的适用对象是那些必须进行器官移植才能存活的病人。

　　泰勒选择用实体心脏作为骨架材料是因为器官的结构太复杂，至少近期还无法从零开始构建器官。她表示“在很多细节还处于未知的时候，既然自然界已经提供了这种骨架，就没有必要去勉强去从零构建整个器官。”

　　哥伦比亚大学生物医学工程教授戈尔达娜·武尼雅克·诺瓦科维奇（Gordana Vunjak-Novakovic）谈到，据她所知这是第一次有人“将整个心脏的细胞完全剥离的尝试”，为的是创造出一个重新成长出细胞的新器官。她补充道：“这是一项非常重要的工作，尽管在它可能造福于病人之前还有很长的路要走”。

　　成活

　　为了将动物心脏中的细胞分离出去，泰勒解释道“我们先使用一种清洁剂处理心脏，尽管味道难闻但却能让心脏细胞分解”。对于诸如猪心等较大的动物心脏，中心的研究人员斯蒂芬?克伦先用清洁剂填满大容器，再通过一根长橡皮管将其引入心脏。如果要让较小的器官如老鼠的心脏“去细胞化”，克伦就用封闭的玻璃容器浸泡器官。去除细胞以后的心脏呈白色，有弹性。泰勒指着一个盛满福尔马林的玻璃罐，展示猪心去细胞后清晰可见的冠状血管。她还告诉我们，和血管一样瓣膜和心室都是完整的。

　　更大的挑战是在心脏骨架上种植新细胞，并将其置于生物反应器里加以培养。为准备这个过程，克伦把一个去细胞化的老鼠心脏放到盐溶液中，把细的导管接到左心室和动脉。这样做是为了保证营养液的流入和流出，然后他把器官挂在生物反应器的中央玻璃室内的主动脉旁，玻璃室的周围是管道系统。他又把两个电极接到心脏，一个靠近它的底部，另一个靠近主动脉。这样有助于心脏起搏，并诱导新生细胞跟随节律协调一致地收缩。

　　下一步尤其需要机巧：科学家将把从新生老鼠体内分离出来的新细胞穿过左心室壁注入心脏。（当然，对于人类的心脏，需要注入不同的细胞，如心脏干细胞）。“如果我们注入的细胞太少，它们无法形成适当的互动，”泰勒说。“如果我们注入的细胞太多，它们会因为缺乏的氧气和营养而死去。”

　　迄今为止，她的团队使用取自新生老鼠的四种形式的心脏细胞：心脏肌细胞、内皮细胞、平滑肌细胞和纤维原细胞，来建立原始的心脏环境。研究人员已经重造出左心室，但还要等待其他心腔重建完毕。一旦所有心腔的细胞各就各位，克伦就开始电击恢复心脏节律。他说道“我们通常要等待一天让细胞就位”。

　　现阶段，生物反应器已经可以模仿心肺系统的部分功能。将含95％氧气的混合气体从钢罐中通入盛满营养液的容器缸中。再用一个小型水泵把溶液送到心脏，沿着导管往下进入左心室。泰勒说，不仅溶液提供营养，抽吸作用也促使心脏如心跳那般机械伸展。她说：“我们要训练细胞，使其形成能够射血的有效搏动而不是无意义的颤动。”

　　博动

　　泰勒所要处理的心脏已经放在在生物反应器中培养有10天的时间了。若细胞只在其中一个心室增殖并就位了，这个心脏的自发跳动会怎样？克伦切断了电流，心脏博动明显慢了下来。但左心室仍有很明显的节奏挛缩，这表明该处的细胞已经开始同步跳动，也就意味着人造心脏已经获得了心脏的部分功能。

　　研究小组将老鼠心脏在生物反应器里维持了40天。他们发表于《自然医学》（Nature Medicine）的论文中说道，人造心脏经过8天培养后就能产生约相当于成年老鼠心脏2％力量。研究人员希望能够通过更有效地向骨架中去添加细胞的方法，可以让人造心脏能够输出更多的力量。

　　但是下一个目标是真正令人生畏的：即成功地将心脏移植到动物身上。现在科学家已经能够让心脏在动物的腹部待7天的时间。泰勒说：“我们尝试将人造心脏缝入动物体内还要保证心脏不会脱落下来”。不仅如此，目前科学家还必须能够让再造心脏取代动物自己的心脏。

　　要为人类制造心脏代用品，还需要跨越更为困难的障碍。就像泰勒自问的一样：“我们从何处开始？”。最大的挑战之一是找到合适的、能在心脏骨架内顺利增殖的细胞源。由于成年心脏肌细胞的分裂增殖不理想，科学家们必须寻找新的细胞来源。泰勒表示虽然她的团队已经取得一定的进展，并在实验室里开始隔离并培育出了心脏祖细胞，但这种与心脏干细胞同族的心脏的细胞数量太少。她说：“人类的心脏含有几万亿个细胞。我们相信我们并不需要把每一个细胞都放回去。我们认为，只要放一些细胞回去，让其分裂增殖并寻找自己的位置最终便形成一个心脏。”

　　尽管现在谈论这种制造器官的方法能否成功还为时尚早，这个方法可能会颠覆过去的器官移植领域。克伦说道“这个方法最大的优势就是，我们只是控制自然界的力量，细胞还在照常分裂。而大自然代替我们进行着最为困难的工序。”