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迄今為止，幹細胞已被用於修復從受損心臟到塌陷氣管的各種組織。現在，這種多功能的細胞已被證明在人類體內再生骨骼方面是成功的。在首次同類手術中，辛辛那提兒童醫院醫療中心的醫生透過部分地利用患者自身體內的幹細胞，為一名14歲男孩替換了缺失的顴骨。
如果這項技術被批准廣泛使用，將使美國約七百萬需要更多骨骼的人受益，其中包括癌症患者和受傷的退伍軍人等。
該醫院整形外科部門的外科醫生和研究員，也是該手術的主要醫師之一的傑西·泰勒說：“這對許多不同的外科醫生來說，都像是聖盃。”他指出，該手術可用於整形外科、骨科和神經外科手術。此前，一些骨組織已在實驗室中利用幹細胞生成，但這次手術為那些需要額外骨骼的人帶來了外科解決方案的希望。
泰勒說：“我們經常在手術室裡說，‘天啊，我真希望我們能多一點骨頭。’” 在成年患者中，在沒有骨骼的情況下，通常會用塑膠和金屬代替，但正如泰勒指出的那樣：“如果有人骨折了怎麼辦？還需要另一次手術。”相比之下，從幹細胞再生的天然骨骼應該能夠自行癒合。另一種選擇是骨移植——要麼從患者自身身體上移植，要麼從遺體中移植——但其排斥和吸收率很高，導致許多嘗試都失敗了。
為了創造新的骨骼，這些骨骼已經成為患者自身顱骨結構的一部分，並在四個半月的時間裡保持穩定，醫療團隊使用了脂肪來源的幹細胞、捐贈的骨支架、生長蛋白和骨骼包覆組織的組合。
無需培養
在實驗室豬身上完善了骨骼生長技術兩年多後，泰勒和他的團隊準備在人身上嘗試。
他們的第一個病人是布拉德·吉爾基，他出生時患有特雷徹·柯林斯綜合徵（TCS），這是一種罕見的遺傳缺陷，在吉爾基的案例中，導致他的一些面部骨骼缺失。吉爾基在手術時14歲，出生時就缺少顴骨——兩個保護眼睛並形成正常臉頰輪廓的上顴骨。泰勒說：“我們基本上為布拉德製造了新的顴骨。” 在手術前，吉爾基的臉略微向內傾斜——眼睛向下——而且缺乏保護性骨骼使他的眼睛很脆弱，特別是在他玩他最喜歡的運動，籃球和棒球時。
與許多其他幹細胞療法（如心臟修補片）不同，泰勒和他的同事使用的程式不需要任何預先的培養或實驗室生長。這項為期一天的密集外科手術包括每個步驟——從透過抽脂術採集幹細胞到骨骼植入。
該小組選擇脂肪幹細胞而不是骨髓幹細胞，主要是因為前者更容易獲取。泰勒說：“脂肪來源幹細胞的優點之一是它們非常容易採集。” 它們的存在比例也與骨髓幹細胞幾乎相同，而骨髓幹細胞可能更難獲得。
在手術中，泰勒和他的團隊將來自遺體捐贈的股骨的供體骨塑形，使其類似於顴骨，並作為骨骼生長的生物支架。從吉爾基脂肪中採集的間充質幹細胞和促進生長的骨形態發生蛋白-2（BMP-2）被注射到支架上的鑽孔中。在將骨骼部分植入吉爾基的面部之前，泰勒和他的團隊用骨膜組織包裹它們，該組織覆蓋骨骼表面，並從吉爾基的腿部採集。周圍的物質，尤其是骨膜和生長蛋白，有助於引導幹細胞產生骨組織。
為所有人提供新骨骼？
這項新技術可能在所有需要骨骼再生的人中得到應用，但在每種情況下，它可能不會那麼成功或那麼簡單。
該手術的某些有效性可能歸因於吉爾基的年輕。泰勒說：“骨膜，這可能是最重要的組成部分，會隨著年齡的增長而改變。”這種覆蓋健康骨骼的膜有助於為骨骼提供血液和營養，從而促進生長和癒合。因此，他指出，新骨骼在70歲的人身上可能不如在青少年身上生長得快。該團隊正在對不同年齡的豬進行測試，以瞭解衰老在生長和癒合過程中起多大的作用。
泰勒指出，克服像吉爾基的TCS這樣的遺傳疾病可能具有挑戰性，因為重新利用那個人的生物材料並不能消除最初導致骨骼缺失的突變。儘管泰勒認為吉爾基的手術長期成功的機率高於50%，但他仍然很謹慎。他說：“這個概念的真正考驗將是它是否在五年後仍然存在。” 如果是這樣，“那將非常了不起。” 針對類似患者的其他更傳統的骨移植手術通常在手術後幾個月內開始鬆動。但是，他說，吉爾基的新骨骼仍然“非常穩固”。
由於密集的疤痕形成以及生長蛋白BMP-2未經批准用於癌症患者，因此在癌症患者中使用該手術可能被證明是最困難的。泰勒說，只要患者可以等待六個月到一年的時間讓疤痕癒合，創傷性損傷可能最容易修復。
未知的機制
吉爾基手術的結果表明，在植入幹細胞之前對其進行廣泛的培養可能不是開發新的幹細胞療法的唯一途徑。泰勒說：“我們現在認為，誘導它們變成某種特定的東西可能不是一個好主意。也許這些細胞中的一些需要變成其他東西。” 要生長骨骼，人體還需要血管細胞、脂肪細胞和其他細胞。因此，泰勒提出，為什麼要將幹細胞植入限制為僅一種培養的分化細胞呢？
該程式確實突出了仍有大量研究需要進行。泰勒說：“我們有很多不瞭解的地方。並且假裝我們可以控制一切是自以為是的。” 他傾向於使用生物支架而不是人工支架。他說：“我試圖儘可能多地使用自然的線索和過程。” “我們在機理上有很多不瞭解的地方，”因此他更喜歡“將其置於一個說‘變成骨頭’的環境中。”
儘管這種方法對於吉爾基以及此後接受該手術的至少其他兩名患者來說聽起來過於簡單，但它似乎是成功的。泰勒說：“它很原始，但有效。現在，弄清楚它為什麼有效是我們的責任。”
與此同時，泰勒說，現在15歲的吉爾基變得更加外向了，甚至第一次剪短了頭髮——而不是試圖用長髮遮住他的臉。泰勒報告說，這位少年已經能夠重返運動，並且現在正在約會。