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医疗旅程

将生物学、材料学、化学和生物工程学等领域的先进成果加以整合,研究新一代革命性医疗设备和给药系统是过去10年来医疗研究领域最重要的课题。实际上,在上述多样化的领域中,研究人员所面临的最重要的挑战也许并不是缺少进展,而是缺少跨学科培训。

组织工程学是一个重要的研究领域,它涉及将哺乳动物细胞(包括干细胞)与聚合物相结合创造出新的组织或器官。据统计,目前国家医疗开支的将近半数都花在治疗组织损失或器官功能失常上。制造新的肝脏、脊髓、心脏、肾脏和其他很多组织或以器官为基础的系统能够大幅度地缩短住院时间、减少痛苦并延长生命。

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但摆在人们面前的困难无疑是巨大的。特别是必须找到能够迅速产生大量分化细胞的合适的生物来源。干细胞是具有潜在重要性的潜在生物源,但要实现干细胞的成功应用,必须控制干细胞在分化和生长时所遇到的问题、还需要对抗人类免疫系统的排异反应。

研发微电子机械系统(MEMS)是用于药物输送的另一个研究课题。这些微型器件是用硅或者其他材料制造,可以储存药物(或传感器),上面覆盖着黄金或其他材料制成的金属镀层。向植入体发送电信号可以融化黄金镀层、从而释放药物。

上述系统有能力以复杂的方式输送新型药物,可能用于癌症化疗等领域。这种系统还创造了局部给药的新方法,能够用于多重给药等多个医疗领域。最后,这种系统还能为生物传感装置植入电脑芯片创造新的机会。

用新型生物材料制造的医疗器械也即将诞生。目前使用的大多数生物材料都是用于普通消费品生产的标准材料。比如,人工心脏所用的材料原来用于制造女士腰带。有些丰胸材料曾经被用作床垫填充物。

这里涉及一个可能非常重要的领域,那就是研发带有“形状记忆”功能的新材料。举例来讲,手术医生可能通过微型内窥镜放入一条细线,而在恰当因素(比如温度或光照)刺激下,这根细线会自动变成支架等特定形状的医疗器械,或者成为片状以防止粘连。这种材料也可以制成能够自动收紧的缝合线,最大限度地减少手术带来的创伤。

新材料还能在克服基因治疗成功的主要困难方面发挥作用,治疗成功的主要困难就是缺少合适的给药系统。虽然病毒不失为一种有效的办法,但却伴随着安全方面的损害。同样,通过非创伤性手段注入肽或蛋白质等复杂分子现在仍然是医学界所面临的一大难题。目前这些分子都是通过注射进入患者体内。但如果科学家能够研发出更安全、更廉价、更容易生产的给药系统或者合成介质,使复杂药物无须通过注射的方式进行输送,那么复杂药物的应用范围就会得到极大的拓展。

工程药物领域的新进展或许有助于药物针对特定细胞、特别是癌细胞发生作用,从前在这方面遇到过很多困难。困难之一是要生成微型或超微粒子,能够安全穿越血流而不被其他细胞所吸收。如果能够实现这一梦想,发明战胜癌症、心脏病和其他疾病的“神奇弹药”就会成为可能。

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所有这些迫在眉睫的挑战都会对药物研发和疾病诊断产生深远的影响。

尽管如此,研究和利用一系列有可能战胜疾病的全新武器需要非常出色的科学家和工程师,其中也包括接受过跨学科培训的人才。