喜歡看美國大片的人對“仿生人”這個概念都不會陌生。上世紀70年代搜尋行銷科幻電影《無敵金剛》中的主角前太空人史蒂夫·奧斯汀,就能在身受重傷瀕死後,通過人造器官改造重生。
  日前,仿生人瑞克斯(Rex)在紐約“動漫控”活動亮相,引起了廣泛關註。這個造價為100萬美元的仿生人用人造器官、肢体和其他身體組織組裝而成,會呼吸褐藻醣膠,會說話,會走路。
  這是否意味著科學家已通過技宿霧術“喚醒”過去只能在電影中看到的“仿生人”?這能為生活帶來什麼樣的影響?仿生人有多真?
  ●南方日報記者 曹斯 實習生 秦華 通訊員 黃瑤 策劃統籌:徐林搜尋行銷 殷劍鋒
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  分解瑞克斯
  瑞克斯是個“科技組合人”,除了義肢之外,還裝置有電子支票貼現眼、電子耳以及類似呼吸機的人工肺、類似透析機的人工腎、提供簡單的血液循環功能的人工心臟等器官
  仿生人瑞克斯有多牛?據報道,它由英國權威的機器人專家理查德·沃克(Richard Walker)和馬修·戈登(Matthew Godden)組裝而成,高6英尺,其人造器官來自全球17家廠商,總身價為100萬美元。
  “除了我們在很早之前就已開始使用的義肢之外,瑞克斯還裝置有電子眼、電子耳以及類似呼吸機的人工肺、類似透析機的人工腎、提供簡單的血液循環功能的人工心臟等器官。”不過,南方醫科大學人體解剖學教研室主任歐陽鈞教授直言,光從新聞報道判斷,瑞克斯只是個“科技組合人”。當然,是有點牛的科技組合人。
  分解瑞克斯,它的肺就是一個內置呼吸機。現有的醫用呼吸機是一種能代替、控制或改變人的正常生理呼吸,增加肺通氣量,改善呼吸功能,減輕呼吸功能消耗,節約心臟儲備能力的裝置。這種技術早就有了,不過,瑞克斯的人工肺比我們的醫用呼吸機要小得多。
  而瑞克斯的腎據說只有咖啡杯大小,“功能和如今的腎透析設備相似,原理就是通過一個物理的膜交換,藉以清除體內代謝產物及某些廢物、毒物,不過體積龐大。”在歐陽鈞看來,將透析機做到咖啡杯大小很可能還只是一種設想,能否支持正常的人體機能不得而知,畢竟瑞克斯只是個“機器人”。
  不過,瑞克斯的脾臟還是可圈可點的,它能模仿生物脾功能快速清除血液感染,這種人造脾能幫助人們對抗膿血症。
  接著,我們來看重要的生命之源——瑞克斯的心。根據報道,它的人工心臟能夠利用電子工具跳動和促成人造血液循環。歐陽鈞解密,瑞克斯的動脈血管實際上是由一種新型的納米複合材料製成,而血管中的人造血液則是由塑料分子製成,這種塑料血液很容易在室溫下長期保存,還能像血紅蛋白一樣在身體內傳輸氧氣。
  相比於心、肺、腎、脾等器官,瑞克斯的眼睛和耳朵的技術就“小兒科”了。筆者瞭解到,目前,電子眼、電子耳的研究很多,兩者都是通過一定的接收設備接受外界信號,再將這樣的視覺或聲音信號轉換成相應的電子信號,從而在“大腦”中形成圖像或聲音。可見,讓瑞克斯耳聰目明並非難事。
  至於走路,更是難不倒“瑞克斯”。它具有人造膝蓋、臀部、骨骼和腳踝等,通過一個微處理器控制膝蓋,並借助其他儀器的幫助將不同環境的指令傳遞到微處理器上,它便可模擬不同環境下的步態。為了追求精細,科學家還為瑞克斯裝上了仿生腳踝,這個由一個電動機和彈簧系統構成的裝置,能模仿人類小腿肌肉和跟腱的行為。
  可見,瑞克斯並不是什麼新鮮事物。負責這項計劃的專家也表示,推出瑞克斯,是希望向世人展示醫療科學到目前為止獲得的卓越成果,希望那些因意外而失去手腳,或是因疾病而切除身體某一部分的人,在科技的協助下,都可以獲得器官或較美觀的義肢,從而重獲新生。
  “實際上,仿生人的各種人造器官均屬於再生醫學,這是一種利用生物學及工程學的理論方法創造丟失或功能損害的組織和器官,使其具備正常組織和器官的機能的醫學科學。”歐陽鈞介紹,再生醫學的領域中很大一類是組織工程,比如通過乾細胞的誘導和分化,培養出一個器官;而另一類則更多的是通過物理技術實現再生,如仿生人所裝置的人工肺、人工腎、人工心臟等。
  因此,從醫療的角度來說,瑞克斯的實用性並不大,因為它並不是一個技術的革新,但從發展的角度來說,它是一個很好的概念。
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  仿生人=生化人?
  生化人是具備或實現了人體部分生物化學系統功能如物質代謝等的機器人,要想構建出一個具有完整生化功能的生化人還有很長的路要走;仿生人則只是技術層面的組裝
  瑞克斯火了一把,不少媒體甚至直接稱它為生化人,還有批評者提出倫理爭議:隨著機器人技術的不斷發展,人們會不會通過從外部世界獲得更多的輔助設備讓自己變身為“超人”,這樣一來如何約束這些“超人”的行為?更有人擔心,這樣的仿生人是否會像美國大片那樣最終超越人類占領地球?
  STOP!先暫時停止這些猜想吧。
  會不會有超人的出現不好說,但是仿生人超越人類占領地球?算了吧,瑞克斯到底還只是個機器人,它沒有真正的大腦,並不具備獨立意識和思考功能,而只處於一個技術的機械組合階段。
  瑞克斯的作用,更多是提供了一個概念,告訴人們如果今後某部分器官出問題了,便能像仿生人一樣,有相應的人造器官來取代原來壞掉的器官。
  這意味著,瑞克斯還不能算是生化人。“所謂生化人是指具備或實現了人體部分新陳代謝功能的機器人。目前來看,生化人是一個超大工程。而仿生人則只是技術層面的組裝。”歐陽鈞表示,從一個器官的功能到人體的生命的聯動運作都是非常複雜的。如肝臟,就比腎臟複雜得多,它的功能不僅僅是把有害的物質分解掉,還有合成和轉化的任務。還有其他很多生命的基本原理在目前來說都還是未解之謎,因此要想構建出一個具有完整生化功能的生化人,還有很長的路要走。
  這也說明,若能造出生化人,將給科學研究帶來更大價值。
  “這相當於造出了能模擬出人體完整的代謝過程及其他身體機能狀況的模型。有了這個模型,可以開展很多研究,比如最簡單的,可以研究人幾天不吃飯不喝水,整個身體會發生什麼樣的變化。”歐陽鈞介紹,若能完全模擬出人體的代謝等過程,意味著在醫學領域的許多研究可以借助生化人進一步拓展實現,“比如我們要研究某種藥物對病人的作用,就可讓生化人得那樣的病,然而通過輸入不同的治療方案來觀察和比較治療效果。”
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  未來是生化人的?
  生化人需站在數字人、物理人的肩膀上。不僅如此,再生醫學領域的科學家也在另一條路上不斷探索——組織工程,比如,如今最火的3D乾細胞打印就是其中一項內容
  做生化人有多難?答案是:很難。因為它需要站在數字人、物理人的肩膀上。
  所謂數字人是由中國工程院院士、南方醫科大學教授鐘世鎮首創。基於解剖學,他將人體分切成薄片,再利用數碼相機和掃描儀對已切片的切麵進行拍照、分析,之後將數據輸入電腦,最後電腦合成三維的立體人體生理結構,構建出一個三維的虛擬數字人。
  數字人讓我們更好地認識了人體基本結構,物理人就是由數字人發展起來的。據專家介紹,如今中國不少科學家在研究的物理人,就是將人體的物理學研究成果,借助信息科學的理論和技術轉化成為數字化的參數,賦予到可視人的框架上。
  物理人用途廣泛,如在航天研究方面,可通過物理人的模擬,探究射線對人體骨髓的抑制、影響作用;此外,還可以通過物理人,模擬車禍現場的撞擊損傷程度推斷出車禍發生時的車速情況。這也是歐陽鈞當前的研究重點。
  再進一步,才是真正意義上的生化人——對相應的物理人器官賦予生化功能,可通過電腦模擬各種疾病狀況下的身體狀況,再通過用藥後器官的各種參數的變化來快速判定藥效。
  由此可見,要打造一個生化人絕非易事。“如今很多問題仍停留在黑箱階段,很多生命的根本性問題都還沒得到解決,因此,要通過理論推算去解決實際的問題,能做的還很有限。”歐陽鈞說。
  不過與此同時,再生醫學領域的科學家們也在另一條路上不斷探索——組織工程學。舉個例子,如今最火的3D細胞打印就是他們研究的其中一項內容。
  日前,媒體廣泛報道了來自杭州電子科技大學等高校的科學家自主研發出的一臺生物材料3D印表機“Regenovo”。科學家們已經通過使用生物醫用高分子材料、無機材料、水凝膠材料或活細胞,在這台印表機上成功打印出較小比例的人類耳朵軟骨組織、肝臟單元等。
  據報道,這台生物材料3D印表機具有打印生物材料種類多、對細胞損傷率低、打印精度較高和操作方便等特點。和國際同類印表機相比,“Regenovo”3D印表機不僅實現了無菌條件下的生物材料和細胞3D打印,而且新型的溫控單元和打印噴頭設計,能夠支持從-5℃到260℃熔融的多種生物材料打印。
  讓人最關註的是,“Regenovo”支持活細胞打印,打印的細胞有著高達90%的存活率,目前打印出來的活細胞存活時間最長為4個月。
  既然能打印細胞,就意味著能打印乾細胞。眾所周知,乾細胞是一類具有自我複製能力的多潛能細胞,在一定條件下,它可以分化成多種功能細胞。
  “理想的狀態是,打印出這樣的乾細胞,然後較好地控制乾細胞的分化方向,這樣通過乾細胞在體外構建一個組織器官就不是問題。”不過歐陽鈞表示,這要真正實現難度相當大,“真正的器官並不像單個的細胞那樣,即便是一根血管,都會存在至少三種組織,科學家需要把不同的細胞和相應的生長因子打在其所需要的不同層上,構築一個細胞生長的良好微環境,誘導乾細胞向不同的組織去分化,從而構建一個完整的器官或組織”。
  如此看來,從人體細胞、組織乃至器官被“打印”出來,到真正應用於臨床,路就更長了。  (原標題:我是仿生人)
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羅敏莊

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