微生物學(xué)和3D打印可以幫助我們對抗衰老

據(jù)英國BBC網(wǎng)站報(bào)道，全世界的科學(xué)家都在努力克服一種讓人類變?nèi)醯臓顟B(tài)，即——衰老。他們發(fā)現(xiàn)微生物和3D打印可以幫助我們。

美國得克薩斯州一個(gè)陽光明媚的早晨，分子生物學(xué)家王蒙來到實(shí)驗(yàn)室時(shí)，并不知道會發(fā)生什么。令她驚訝的是，實(shí)驗(yàn)室的不同盒子里有成千上萬的微生物。當(dāng)她仔細(xì)觀察每一個(gè)盒子時(shí)，她開始明白她所看到的可以治愈人類已知的最弱的疾?。核ダ稀?

眾所周知，與衰老相關(guān)的疾病，如癌癥、風(fēng)濕病和阿爾茨海默病，每天在世界各地造成至少10萬人死亡。但是越來越多的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)事實(shí)并非如此。也許我們可以改變?nèi)祟愃ダ系内厔荨?

英國廣播公司全球播客“調(diào)查”節(jié)目向世界各地的一些高級研究人員詢問了衰老的本質(zhì)和可以治愈衰老的尖端技術(shù)，從微生物的作用到3D打印器官。

牙齒是人類健康的晴雨表。

到底什么是衰老？如果能把身體放大到分子水平，就會看到非常小的分子，逐漸增大的損傷水平會擴(kuò)散到細(xì)胞、組織和器官。最終，整個(gè)人體將開始遭受俄羅斯娃娃式損傷的積累。

丹麥醫(yī)生卡雷克里斯滕森解釋說，當(dāng)我們不能及時(shí)修復(fù)它時(shí)，身體衰老就開始出現(xiàn)了。

克里斯滕森做了很多年醫(yī)生，直到有一天他對治療病人變得“厭倦”，于是他開始經(jīng)營一家丹麥衰老研究中心，在那里他試圖探索預(yù)防人類疾病的根本原因。

他指出，我們已經(jīng)取得了一些進(jìn)展。19世紀(jì)中期，世界大部分地區(qū)居民的平均預(yù)期壽命約為40歲。目前，一些北歐國家居民的平均壽命接近80歲，地球其他地區(qū)居民的平均壽命也在逐漸提高。

這主要是由于新生兒和兒童死亡率的下降，而不是人類壽命的增加。通過探索最近的一些例子，我們真的比我們的祖先活得長嗎？

即便如此，這里還有另一個(gè)有希望的變化?？死锼闺f：“人老了，身體狀況會越來越好。其中一件事就是——顆牙齒很容易觀察。你會發(fā)現(xiàn)，老年人的牙齒每十年就會越來越好?！?

克里斯滕森說，牙齒是人類健康的晴雨表。它們的健康直接影響我們正常飲食和獲取營養(yǎng)的能力。他們的健康狀況也能充分說明身體其他部位是否狀態(tài)良好。

他說，事實(shí)證明，人不僅晚年牙齒更好，智商測試結(jié)果也很高，這大概與全世界居民生活水平的提高密切相關(guān)。這關(guān)系到整體生活水平的提高。我們的生活條件、學(xué)校教育都得到了改善，你們以前做的工作也發(fā)生了變化。

人們通常認(rèn)為生活條件的改善會持續(xù)下去，但這些改善會持續(xù)多久呢？

目前，全球生日記錄保持者是一位法國老太太——珍妮劉易斯卡爾曼特，她的壽命為122歲。但她死于1997年，21年前。

器官印刷

物理學(xué)家圖欣博米克出生在班加羅爾的一個(gè)醫(yī)生家庭。他仍然清楚地記得，父親和叔叔經(jīng)常在晚餐時(shí)討論如何治療病人。當(dāng)他問長輩為什么不阻止病人的死亡時(shí)，父親會盡力解釋，但布克霍維維米克從父親的回答中意識到醫(yī)療技術(shù)非常有限。

霍維米奇回憶說：“我當(dāng)時(shí)的想法不是將來當(dāng)醫(yī)生，而是做一個(gè)藥品制造商。

他說，衰老死亡通常與心、肺或肝臟等重要器官的功能障礙密切相關(guān)。如果患者可以從捐獻(xiàn)者那里獲得功能性器官，那么像Buhovi Michek的父親這樣的醫(yī)生會給患者第二次生命，但實(shí)際情況并不簡單。

問題是，需要器官的病人遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于捐贈者。全世界很多老年患者都在排隊(duì)等待腎臟或心臟的更換，但要找到器官和組織的完美匹配就更難了。在很多情況下，這些患者只能等待死亡的到來。

霍維米奇思考一個(gè)問題。與其和死亡賽跑去捐獻(xiàn)器官，我們?yōu)槭裁床恢圃烊梭w器官呢？這個(gè)想法促使他尋求打印和制造患者身體正常功能的3D打印器官，而不會產(chǎn)生排斥反應(yīng)。

他說：“例如，如果你需要肝臟，你應(yīng)該進(jìn)行CT掃描或核磁共振成像，這可以在電腦上顯示你器官的確切大小和形狀。這時(shí)候，你可以把自己的器官‘模型’輸入3D打印機(jī)，很快就能打印出和自己器官大小形狀一樣的人造器官。”

然而，Buhovi Michek的3D打印設(shè)備使用的不是墨盒，而是由蛋白質(zhì)和細(xì)胞組成的生物墨水3354，不僅是任何細(xì)胞，還有患者的細(xì)胞。這意味著人體排斥3D打印器官的概率非常低。

目前，他已經(jīng)帶領(lǐng)一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)在生產(chǎn)了第一個(gè)人工肝組織。

步他們將擴(kuò)大打印范圍，計(jì)劃制造一個(gè)微型外部肝臟，但他估計(jì)這可能需要5年左右的時(shí)間。布霍維米徹克將這個(gè)外部器官想象成為一個(gè)小型便攜式體外設(shè)備，這樣患者可以隨身攜帶。

在未來8-10年里，他認(rèn)為能夠?qū)崿F(xiàn)自己的理想——打印制造出一個(gè)功能齊全的肝臟，完全移植到人體之中。

但是如果某位患者植入一個(gè)損傷器官，是否意味著他的自然壽命即將終結(jié)?如果植入肝器官之后，心臟和肺也表現(xiàn)衰竭了怎么辦?

布霍維米徹克稱，每個(gè)案例的實(shí)際情況都不一樣。如果你將身體易導(dǎo)致死亡的主要器官進(jìn)行移植，那么這位患者可能還會再生存20年時(shí)間，肝臟器官衰竭受損可以進(jìn)行移植，但是大腦和以及心臟移植手術(shù)就沒有這樣樂觀，移植手術(shù)難度較大，同時(shí)患者很容易產(chǎn)生身體排斥性。

他說：“基于創(chuàng)新性3D打印技術(shù)，我打賭未來人們的壽命會延長，如果你是千禧一代，或者上世紀(jì)80年代出生的居民，未來你的壽命可能達(dá)到135歲。”

微生物的智慧

王夢的祖母在100歲時(shí)去世，這位老人健康樂觀，一直到生命的盡頭，親人看著她慢慢變老，卻依然保持著健康，王夢不由地想知道人體衰老的真實(shí)秘密。

目前王蒙是美國貝勒醫(yī)學(xué)院分子和人類遺傳學(xué)教授，她一直在最令人興奮的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域之一——人體微生物群系，進(jìn)行一系列研究實(shí)驗(yàn)。她說：“一些微生物生存在我們?nèi)梭w之中，從人體內(nèi)部消化道至外部皮膚，它們無處不在。”

人們很難用肉眼觀察到這些微生物，但是我們的身體遍布各種微生物群。大部分是細(xì)菌，但也包含著真菌、病毒和其它微生物。之前科學(xué)家并未過多地研究分析它們，但目前我們知道這些微生物對于人類身體具有重要意義。

最新研究表明，我們的微生物群與我們?nèi)梭w息息相關(guān)，就像一個(gè)額外器官與人體之間的關(guān)系，微生物群可以影響人類的行為，甚至影響我們對不同藥物的反應(yīng)。王蒙說：“有時(shí)人體內(nèi)的微生物群會讓我們患病，但另一方面，它們也對人體健康發(fā)揮著非常重要的作用。”

王夢想知道人體的微生物群是否會影響衰老，為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，她決定研究一種只能存活2-3周的微生物，它們的壽命非常短暫，完全可以進(jìn)行一次關(guān)于衰老的“終身實(shí)驗(yàn)”。她的問題是，如果你改變了微生物組，將會發(fā)生什么?它們會活得更久嗎?

王夢選擇了在人體腸道生存的一種微生物，調(diào)整其基因后使其產(chǎn)生不同的變種，然后將這種基因改良微生物作為不同蠕蟲的食物，3個(gè)星期之后，她檢查這些微生物，原認(rèn)為它們都已死亡。

她回憶稱，我非常興奮，因?yàn)槲覀儼l(fā)現(xiàn)一些微生物并沒有死亡，當(dāng)我們檢查它們的時(shí)候，它們?nèi)匀淮婊?，這完全出乎我的意料。

年老微生物通常表現(xiàn)出生理活動(dòng)性下降，但是帶有新微生物組的微生物不僅在年老時(shí)期更容易扭動(dòng)身體，而且更不容易生病。

目前，王夢正在對老鼠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察改變它們的微生物組能否以相同的方式延長它們的壽命。這將意味著未來有一天醫(yī)生可能提供我們同樣有效的藥，但這能促進(jìn)人類壽命延長嗎?

她說：“我的一些同事稱人類有可能壽命延長至200-300歲，但我個(gè)人認(rèn)為，能活到100歲，就已非常不錯(cuò)了。”

逆轉(zhuǎn)衰老細(xì)胞

當(dāng)你變老時(shí)，就會發(fā)生一些奇怪的事情。當(dāng)細(xì)胞隨著人們年齡增長而衰老時(shí)，它們會分裂從而取代正在死亡和磨損的細(xì)胞，但這并不是一個(gè)完美的過程。細(xì)胞分裂的次數(shù)越多，就越有可能變成我們所說的“衰老”(senescent)。

衰老(senescent)一詞源自拉丁語senescere，意思是獲得生長。正是這些細(xì)胞發(fā)生的事情——它們逐漸變老，進(jìn)入生命周期末端。但是這些細(xì)胞并沒有死亡，而是在人體內(nèi)四處游蕩，以一種破壞性的方式活動(dòng)，并且和周圍細(xì)胞發(fā)生交流，制造出許多麻煩。

英國埃克塞特大學(xué)分子遺傳學(xué)教授洛娜·哈里斯(Lorna Harries)稱，這就像一個(gè)細(xì)胞在說：“我”是一個(gè)老細(xì)胞，和你的年齡差不多，所以我們一定會變老。

隨著年齡的增長，這些衰老細(xì)胞幾乎“污染”了其他細(xì)胞，隨著我們年齡的增長，越來越多的細(xì)胞開始衰老，直到我們的身體無法承受。在洛娜的實(shí)驗(yàn)室里，她可能發(fā)現(xiàn)對付這些衰老細(xì)胞的辦法，在此之前，她曾建議同事在衰老皮膚細(xì)胞上添加一些化學(xué)物質(zhì)，觀察會發(fā)生怎樣的變化。

為了在實(shí)驗(yàn)中測試皮膚細(xì)胞的年齡，他們使用了一種特殊染料，如果細(xì)胞變老，染料就會使細(xì)胞變成藍(lán)色。洛娜說：“我原本認(rèn)為這些衰老細(xì)胞會變藍(lán)色，但事實(shí)證明，它們并沒有，它們反而變成更加年輕的細(xì)胞了。”

她并不相信這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此她讓學(xué)生重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，一次又一次，她都得出相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，洛娜決定自己重做這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。

洛娜回憶稱，研究人員重復(fù)實(shí)驗(yàn)八九次，最后我看著這些細(xì)胞，然后在想它們的真實(shí)存在有一定的道理。

這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)有效地使衰老細(xì)胞實(shí)現(xiàn)再生，使其轉(zhuǎn)化為年輕細(xì)胞，她的實(shí)驗(yàn)成為第一個(gè)逆轉(zhuǎn)人類細(xì)胞老化的實(shí)驗(yàn)。一些科學(xué)家認(rèn)為，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)可能發(fā)現(xiàn)了長壽的秘訣。目前洛娜接到了來自世界各地的投資者和科學(xué)家的電話。

但是洛娜仍然不太相信人類壽命能夠延長很多年，她認(rèn)為人類壽命有一個(gè)自然上限。即便如此，他仍希望自己的研究能夠成功開發(fā)治療癡呆癥和心血管疾病的新一代抗衰老藥物。

洛娜說：“我希望的是，這將使我們能夠獲得一種同時(shí)解決幾個(gè)問題的治療方法，那樣本來可能早年死亡的人就能繼續(xù)活下來。”

人類的極限壽命是多少？

或許未來有一天，我們能夠替換受損的身體器官，服用能夠?qū)ξ覀儙砟贻p微生物群的營養(yǎng)劑，并能阻止細(xì)胞老化。

但這一切能夠持續(xù)多少年?如果我們依照生物物理學(xué)家圖辛·布霍維米徹克的預(yù)測，如果你是千禧一代，或者上世紀(jì)80年代出生的居民，未來你的壽命可能達(dá)到135歲。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，或許未來幾年我們還會有更加吃驚的發(fā)現(xiàn)。