原創(chuàng) 許婧斐 我是科學(xué)家iScientist

在對(duì)新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）危重癥患者的搶救中，發(fā)揮重要作用的，除了廣為人知的“救命神器”人工肺ECMO（體外膜肺氧合）外，還有一件低調(diào)的“神器”——人工肝支持系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)為“人工肝”。人工肝可以利用機(jī)器代替人的肝臟，行使清除機(jī)體的毒素以及細(xì)胞因子的功能，還可以補(bǔ)充凝血因子蛋白等身體所需成分。

危重疾病的“希望之星”

新冠肺炎是一種累及全身多系統(tǒng)的感染性疾病，對(duì)人身體損害之大、對(duì)器官的傷害之嚴(yán)重，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了醫(yī)學(xué)從業(yè)者的預(yù)期。不少患者因?yàn)楦腥緦?dǎo)致的過(guò)量炎癥反應(yīng)面臨肝臟衰竭的困境。

為了解決患者的需求，2020年2月2日，由李蘭娟院士研發(fā)的李氏人工肝系統(tǒng)到達(dá)武漢前線(xiàn)。在這套可以代替人體肝臟來(lái)清除毒素，清理炎癥因子的“李氏人工肝”的幫助下，醫(yī)生們僅僅花費(fèi)9天時(shí)間，就使兩名危重癥新冠患者成功脫離ICU。

當(dāng)然，搶救新冠肺炎患者并非人工肝的第一次“出戰(zhàn)”，也不會(huì)是最后一次。在現(xiàn)今的重癥醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，人工肝早就是搶救危急重癥患者的有力武器。

歐洲最常見(jiàn)的引發(fā)急性肝衰竭的原因是撲熱息痛中毒，在廣泛引入人工肝治療之后，這些患者的死亡率和避免肝移植的概率均有所下降。而對(duì)于其他原因（甚至是不明原因）引起的急性肝衰竭，人工肝同樣可以有效地降低患者的死亡率[1]，為患者爭(zhēng)取進(jìn)一步治療提供寶貴的時(shí)間。

在肝衰竭以外的領(lǐng)域，人工肝的成績(jī)同樣值得關(guān)注。由于人工肝具有強(qiáng)大的解毒特性，因此在治療某些特定毒物（例如百草枯和毒蕈）中毒時(shí)，人工肝作為標(biāo)準(zhǔn)治療的輔助手段，可以更快地幫助患者清除體內(nèi)的毒物、減少器官受毒害的時(shí)間。

肝臟就在胃的上方附近的位置 | GnolizX / Public domain

人工肝是如何工作的？

對(duì)臨床擁有如此高價(jià)值的人工肝，研發(fā)過(guò)程不可謂不艱辛。在研發(fā)初期，許多患者的情況并沒(méi)有得到大幅改善，甚至還要經(jīng)歷凝血障礙、溶血、感染等副作用。所幸，經(jīng)歷技術(shù)革新后，現(xiàn)代人工肝支持系統(tǒng)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，可以在臨床用于輔助治療多種危重疾病。

那么現(xiàn)代人工肝背后到底用多么復(fù)雜的機(jī)制，又是如何幫助患者脫離險(xiǎn)境的呢？

目前臨床流行的人工肝支持系統(tǒng)大致可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)是以分子吸附再循環(huán)系統(tǒng)（MARS）人工肝為代表的系統(tǒng)，一類(lèi)則是以國(guó)內(nèi)發(fā)明的李氏人工肝為代表的系統(tǒng)。

左邊的機(jī)器就是一種人工肝支持系統(tǒng) | Oscocommons供圖 / CC BY-SA

以MARS人工肝為代表的系統(tǒng)[2]，利用白蛋白溶液對(duì)患者的血漿進(jìn)行透析，使毒素被白蛋白溶液吸附，再將血液分別通過(guò)含有活性炭和吸附樹(shù)脂的灌流器，攔截毒素，最終去除血液中的全部毒素，回輸入患者體內(nèi)。

MARS系統(tǒng)可以同時(shí)清除多種類(lèi)型毒素，因此在臨床上常用于治療肝衰竭、毒物中毒和多器官衰竭等疾病。不過(guò)，由于操作過(guò)程繁瑣、需要特殊機(jī)器和耗材、治療成本高昂，許多醫(yī)療機(jī)構(gòu)無(wú)法支持使用這種系統(tǒng)，MARS系統(tǒng)也因此無(wú)法進(jìn)行大規(guī)模的臨床使用。

分子吸附再循環(huán)系統(tǒng)（MARS）人工肝的作用原理 | Osco供圖，陳娉瑩漢化 / CC BY-SA

而以國(guó)內(nèi)所發(fā)明的“李氏人工肝”為代表[3]的系統(tǒng)，則是將血漿置換引入了人工肝支持系統(tǒng)中。例如在搶救新冠肺炎患者中所使用的“李氏人工肝”，就是先使用新鮮血漿置換將患者體內(nèi)的毒素先置換出體外，同時(shí)利用新鮮血漿補(bǔ)充人體所急缺的多種血漿成分，再將血液通過(guò)血液透析、血液灌流、血液濾過(guò)等手段，進(jìn)一步去除血漿置換所無(wú)法清除的毒素，從而恢復(fù)人體內(nèi)的代謝平衡[4]。

相比于MARS系統(tǒng)，李氏人工肝支持系統(tǒng)對(duì)于新冠肺炎等炎癥疾病導(dǎo)致的器官衰竭療效更好，但使用的時(shí)候需要大量的血制品，并且在技術(shù)上（尤其是不同技術(shù)銜接的選擇）也存在諸多門(mén)檻，限制了它的應(yīng)用，使它注定只能成為危急時(shí)刻的“救命”手段。

生物人工肝，未來(lái)的希望？

無(wú)論是MARS系統(tǒng)，還是李氏人工肝支持系統(tǒng)，都屬于非生物型人工肝，雖然可以代替肝臟解毒，但肝臟所具有的其他更精密功能就難以滿(mǎn)足了，比如生物合成功能。因此醫(yī)學(xué)界一直在嘗試研發(fā)性能更佳、更安全的“生物人工肝”。

一種生物人工肝的原理模型，黃色的為體外生物反應(yīng)器 | HepaLife版權(quán)所有

目前研發(fā)的生物人工肝系統(tǒng)，利用體外的生物反應(yīng)器（一類(lèi)特殊的可以維持細(xì)胞生存的容器）培養(yǎng)肝臟細(xì)胞（或肝母細(xì)胞瘤細(xì)胞），當(dāng)血液經(jīng)過(guò)特定管路流經(jīng)這些肝臟細(xì)胞時(shí)，其中的毒素便會(huì)被肝臟細(xì)胞代謝并排出，同時(shí)補(bǔ)充肝臟細(xì)胞合成的物質(zhì)，最終輸入人體[5]。如此循環(huán)，衰竭的肝臟功能可以被生物人工肝系統(tǒng)所完全替代。

盡管目前尚未有正式進(jìn)入臨床應(yīng)用的生物人工肝系統(tǒng)，已有部分系統(tǒng)在臨床研究中明顯改善了患者肝功能[5]，這些臨床試驗(yàn)的結(jié)果，或?qū)?huì)對(duì)生物人工肝系統(tǒng)，乃至整個(gè)人工肝支持系統(tǒng)的發(fā)展帶來(lái)重大影響。

你還知道哪些“科學(xué)神器”呢？

原標(biāo)題：《疫情中的救命神器“人工肝”，是怎樣煉成的？》

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