脾臟是相當脆弱的器官，新聞報載可能有過車禍或者運動傷害造成脾臟破裂，無法修補，整個脾臟去除的案例。人可以活著不需要脾臟，但是脾臟確實有它的功能。脾臟儲存血液，當身體失血的時候，裡面的血液會釋放以補充血容量。另外，它還製造抗體，同時可以移除老舊的血液細胞和有抗體附著的病原體，來保持血液的乾淨。但是脾臟不見得能夠有效率清除所有病原。例如說敗血症的狀況，細菌擴散到血液，大量繁殖產生毒素，造成器官受損。抗生素如果不能對抗病原，這時候該怎麼辦?有沒有辦法把血液輸出到體外，清除裡面的病原，再把血液輸回體內呢?
體外人工脾臟，功用是什麼?
Harvard’s Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering 的科學家，研發了一種體外人工脾臟。之所以這樣稱呼它，是因為它和脾臟相同，可以移除血液中的細菌和病毒。這項裝置可以應用在很多狀況。例如，免疫系統受損的患者和被頑強病原感染(例如:依波拉病毒)的患者或者是敗血症的治療。敗血症常發生在感染嚴重，免疫系統無法抵抗的狀況，目前仍是重大死亡原因之一。
磁鐵藉由磁性奈米顆粒吸附病原體
這個裝置怎麼運作呢?如果要去除血液中的病原，那就得找出可以和病原結合的東西。在大部分的動物體內，病原的外表面都有一層所謂的”甘露糖”，稱作mannose。這層物質可以在細菌、真菌和病毒外表面找到，甚至一些細菌產生的毒素上找到。這些毒素常是造成生病的原因。而有一種蛋白質，mannose-binging lectin(MBL)，可以和這個mannose結合。科學家就利用這點特性，將MBL稍做修改，然後將MBL披覆到帶有磁性的奈米微粒表面。這些奈米微粒本來就可以被磁鐵吸引，外表面又附著MBL。當血液輸出體外，將這些奈米微粒釋放到血液裡，血液中的病原就會和奈米微粒上的MBL結合，之後，再利用磁鐵將這些奈米微粒吸附，和其他血液分離。分離後乾淨的血液，再輸回人體。
初始實驗的時候，科學家將這個發明實驗在老鼠身上。這些老鼠體內有兩種常見的細菌，大腸桿菌(Escherichia coli)和金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)。將這些老鼠分成兩組，一組接受人工脾臟清除血液中的細菌，另外一組不做任何治療。結果顯示，89%經過人工脾臟清除病原的老鼠，可以存回下來。而沒有人工脾臟治療的，只有14%可以存活。
應用到人體的挑戰
接下來，研究團隊也將這個人工脾臟應用在清除人體血液內的病原。成人體內平均約有五公升的血液。實驗將人體感染有細菌和真菌的血液，通過人工脾臟，以每小時一公升的速度來清除血液中的病原。結果顯示，人工脾臟可以清除大部分的感染病原。每小時清理一公升血液的速度，對住院病患來說，可能不是太煎熬，但是對沒有住院，在外接受治療的患者而言，五小時的時間就有點長。然而，有很多方法可以增快這個速度，因為清理血液的有效速度和幾個因素有關，像是血液中的病原體量、患者血液的體積和磁性奈米顆粒的數量等。
目前，科學家計畫將這個裝置，在大型動物上實驗。
這項發明如果應用到臨床上，可以在有需要的時候，利用這個裝置，將血液中的病原減低到一定的數量，再進行藥物治療。這對免疫缺陷的的患者，是很大的幫助。如此也減少抗生素的使用。當然，如果應用到對付伊波拉這種目前人體的免疫系統還很難對抗的病原，會更讓人驚奇。
不過，也不是100%的病原的外表面都有mannose。如果沒有mannose的話，這種外表面有MBL的磁性奈米顆粒就沒辦法吸附病原。所以，找尋其它可以和病原結合的蛋白，是下一步研究的課題。
文章參考：Singularity Hub
影片來源：Wyss Institute
圖片來源：fotografierenderpunk CC BY-ND 2.0
原文刊載：Nature Medicine
