20世紀70年代有一個美國電視劇叫作《無敵金剛》，故事設定男主角航天員奧斯丁發生嚴重車禍，由於傷勢過重，醫生決定嘗試還在實驗階段的手術，重建奧斯丁的肢體與感官能力。然而，手術不僅是重建，還徹底改造了他，讓他變得「更好、更快、更強」。
變得更強的方法
電視劇對複雜的手術及植入體內的仿生裝置沒有多著墨，只強調奧斯丁改造後的超能力，例如跑得飛快、跳得奇高和能感覺到遠方發生的危險等。我哥哥和我都很愛這部電視劇，而且深信不疑。因此那次我從攀爬架上摔下來跌斷了腿，被送到醫院，心裡其實是懷著幾分好奇與期待的。我和三個哥哥擠在我們家那輛紫色的標緻504上，四人一起尖聲高唱：「我們能改造他，讓他更好、更快、更強……」
我一被送到急診中心，醫生就迅速且專業地做出了檢查與診斷。醫生說我的腳的確斷了，但骨骼有自愈功能，會修復創傷。我大失所望，覺得醫院故意搪塞推托。他們為什麼不肯改造我？我問了母親，她說即使像骨骼這麼硬的組織也有自我修復的能力。
醫生說骨骼中央是柔軟的內裡，外頭包著一層硬殼，跟樹有點像。在肉眼無法見到的微觀層次上，骨骼內裡是網狀多孔組織，讓骨內細胞可以自由活動，不停分解和重塑骨骼。因此骨骼和肌肉一樣，會因為使用程度而增強或變弱，依人體各種活動（如跑步或跳躍，但最主要是承受人體重量）帶來的壓力而增長。醫生告訴我，航天員有一個很大的危險，就是外太空的無重力狀態會讓他們的身體不再承受這種壓力，造成骨骼失去強度。他們問我最近是不是上過太空，還覺得這個笑話很好笑。我狠狠瞪了他們一眼。
雖然骨骼會不斷重塑，修復斷腿仍然必須把斷骨完美接合在一起。醫生跟我說這代表我得接受治療，讓腿固定不動幾個月。這套療法源遠流長，古埃及人和古希臘人都曾用過，一點也不高科技，就是用硬固的繃帶把腿纏住而已。
古埃及人用亞麻和製作木乃伊的技術來固定斷腿，古希臘人用布料、樹皮、石蠟和蜂蜜來處理，但我用的卻是熟石膏，這是來自19世紀土耳其人的發明。熟石膏是石膏脫水而成的陶土，跟水泥一樣摻水後會硬化。但熟石膏非常易碎，無法單獨使用，用個幾天就會碎裂。不過只要加上繃帶，繃帶的棉質纖維會強化石膏，阻止裂隙蔓延，熟石膏就會強韌許多，可以包紮斷腿長達數周。比起古埃及和古希臘的做法，上石膏最大的好處是我不必在床上躺三個月，等腿自我修復。石膏模夠硬夠堅固，能承受人的體重和使用枴杖走路時的撞擊，同時讓腿順利康復。石膏繃帶發明之前，斷腿往往會讓人一輩子不良於行。
我還記得石膏塗到纏著繃帶的腿上的那個時刻，混合著熱與瘙癢，感覺很怪。熱是石膏摻水後的反應，癢則是因為柔軟的繃帶開始慢慢變硬。我突然感覺腿的中段瘙癢難耐，我很想抓，卻只能拚命克制，簡直難受極了。接下來幾個月，瘙癢會不時發生，而且往往在三更半夜，我完全束手無策。我媽說這就是接受無敵金剛大改造的代價。我反駁說我根本沒有被改造，雖然我很想，但醫生只是讓我的身體自行復原。我不會變得更好、更快、更強，還是和之前一樣，跟快和強壯完全沾不上邊。我媽叫我閉嘴，我想也是。
後來我又受過幾次重傷，住過幾次院，雖然沒讓全身骨頭都各斷一次，至少也努力過了。我斷過肋骨和手指，還曾砸破腦袋。我撞碎過玻璃，胃黏膜破了大洞，還曾遭遇刺傷。但每一回我的身體都自己痊癒了，雖然得靠醫療體系監督與幫忙。從小到大，我只有兩次需要醫生「重建」和改造。一次是很久以前，但這問題一直不時困擾著我。
解決牙疼煩惱
起初只是嘴裡有一顆牙微微不舒服，幾天後這顆牙卻變得更酸、更痛，喝熱水時尤其難受。後來我有一天吃三明治，吃著吃著突然聽見可怕的碎裂聲，直讓我頭皮發麻。很不幸，我嘴巴裡的毛病更嚴重了，而且一陣猛烈的刺痛有如閃電，從口腔頂部直躥腦門。我用舌頭小心翼翼地試探發痛的部位，發現原本光滑的牙齒變得凹凸起伏，把我嚇壞了。我覺得我的牙齒好像碎了一半，後來發現果真如此。我沒辦法再吃喝任何東西，因為神經從斷牙處露了出來，一碰到就痛得厲害，像針刺一樣，所以對任何入口的東西都非常敏感。我的嘴巴彷彿變成了禁飛區，我腦中一片空白，只想趕快止痛。
古埃及人和古希臘人都解決不了這個問題。我們的老祖先必須與蛀牙共存。他們老是牙疼，痛得太厲害就只得把牙齒拔掉。如果不是找鐵匠用鉗子硬拔，就是運氣好一點由老練的醫生幫忙。醫學發達後，開始有麻醉劑可以舒緩疼痛，例如鴉片酊等。
1840年，有人發明了一種銀、錫、汞的合金，稱為「汞齊」，成為人類蛀牙史上的轉折點。原始狀態的汞齊因為含有水銀，在室溫時是液體。但只要摻入其他成分，汞齊裡的汞、銀和錫就會發生反應，形成新的結晶，非常堅硬耐磨。這種神奇材料可以在液態時注入牙齒蛀孔中，等它硬化。而且它硬化後會稍微膨脹，使填充材料「咬住」蛀孔，和牙齒完全密合。汞齊製成的填充材料遠優於鉛或錫製成的填充物。後兩種金屬雖然都有人用過，但質地太軟無法耐久，而且要以液體形態灌入蛀孔，都得加熱到熔點，但這又會燙到令人無法忍受。
這種廉價又無須拔牙的齲齒治療法問世150年後，我接受了人生中第一次補牙。那塊補牙現在還在，我用舌頭還能感覺到它光滑的表面。它讓我從身心俱創的小男孩再度變回了活潑調皮的搗蛋鬼。我後來又補了八次牙，前四次用汞齊，後四次用復合樹脂。復合樹脂由硅石粉末和強韌的透明塑料混合而成，堅硬耐磨，而且顏色比汞齊更接近牙齒的原色。和汞齊一樣，復合樹脂也是在液態時灌入蛀孔，但灌入後需要用紫外線照射，啟動樹脂內的化學反應，讓樹脂瞬間硬化。除了補牙之外，現代人還可以選擇拔掉蛀牙換成瓷牙或氧化鋯牙。這兩種材質通常比復合樹脂更耐磨，顏色也更像牙齒。要不是這些生物醫用材料，我現在可能沒剩幾顆牙了。
用鈦固定韌帶
我體內還有另一種生物醫用材料，一直扶持我到現在，是我1999年在美國新墨西哥州工作時植入的。那天我在室內足球場踢球，球在我腳下而我正打算迅速轉身，突然聽見膝蓋「啪」的一聲，隨即劇烈扭痛。我只是扭動膝蓋，沒有被撞到，韌帶竟然就斷了，簡直不可思議。但事情真的就這樣發生了。我扭斷了右膝的一條韌帶，叫前十字韌帶。
韌帶是人體的橡皮筋。肌肉、韌帶和聯結肌肉與骨骼的肌腱，這三樣東西負責聯結關節，讓人體可以自由動作。骨骼之間由韌帶聯結，韌帶有黏彈性，亦即它能瞬間拉長和彈回，但只要拉長不動一段時間就會變長。這就是運動員常做伸展運動的原因，他們希望拉長韌帶，讓關節更有彈性。韌帶雖然對關節如此重要，卻沒有血液補給，因此只要斷裂就幾乎無法復原。所以為了讓我的膝蓋恢復正常運作，就得更換韌帶。
這類手術有幾種做法，而我的主治醫生選擇用我的大腿後肌來重建我的前十字韌帶。但為了讓新的韌帶固定在膝蓋上，就必須使用螺絲把新的韌帶牢牢拴住，讓我未來能再踢足球或去滑雪。
人體對置入體內的物質非常敏感，絕大多數都會發生排斥，而鈦是少數能被接受的材質。並且鈦還會產生骨整合，跟骨骼緊密鍵結，對於連接大腿後肌和骨骼非常有用，形成的密合不會因為時間久了而弱化或鬆弛。十多年過去了，我膝蓋裡的鈦螺絲依然牢固，而且由於鈦很強韌，惰性又高（只有極少數金屬不會跟人體起反應，連不銹鋼都無法抵擋人體內的化學考驗），因此應該還是完好如初。多虧了強韌的氧化鈦表面塗層，這些螺絲可以用一輩子，而我當然希望它們能夠如此。鈦還能耐受高溫，因此我將來死亡火化後，還能看得出模樣的可能就剩這些螺絲了。我希望當它們重現天日時，我的家人能心懷感念，因為少了它們，我就不能做許多我愛做的事情了，像是跑步、陪孩子踢足球、爬山，等等。鈦螺絲和外科醫生讓我的身體恢復矯健，為此我由衷感謝。
當然，我離死亡還久得很，我還想維持健康活力五十年，因此將來一定還有不少地方需要重建。目前的科技發展讓我對此充滿希望，因為儘管我們還離「無敵金剛零零九」的世界很遠，但過去四十年來，人類已經在這一方面取得了長足的進步。
下面照片裡的男人是我外公，他過世時是98歲。長壽的他直到辭世前都精神矍鑠且良於行，只是得靠枴杖。不是所有人都有他這樣的福氣。但就算勇健如我外公，身體也有許多毛病，而且體形縮水了不少。人是永遠注定會衰老，還是未來可能憑借人體重建的方式抵擋各種老化症狀？生物醫用材料實驗室研發的最新科技能不能為我們帶來希望，讓我到了98歲高齡依然能走路、跑步甚至滑雪，健康活力就跟現在43歲的我一模一樣？
我母親陪外公散步，時間為1982年
就活動力而言，人體最先耗盡的不是肌肉也不是韌帶（算我倒霉），而是關節內面。膝關節和髖關節尤其如此，因為這兩個部位的運動特別複雜，需要承受極大的重量。但手肘、肩膀和手指的關節也會磨損。關節的磨損和撕裂會造成慢性骨關節炎，讓人長期疼痛。另一種關節炎叫類風濕性關節炎，是人體免疫系統攻擊關節所致，也會產生同樣的症狀。
但無論是關節自行毀損，還是出車禍或劇烈運動造成關節損傷，只要臀部、膝蓋、手肘或任何部位的關節耗損殆盡，再多休息與靜養也回天乏術。關節內面和骨骼不同，無法自行修復，因為它們根本不是由骨骼構成的。
關節置換不麻煩
髖關節置換手術已經問世一段時間了。最早出現在1891年，使用的是象牙材料，現在主要使用鈦和瓷。人工髖關節非常成功，因為髖部的活動方式相對單純，屬於杵臼運動，讓雙腿可以旋轉擺動（不過絕大多數動作都不自然，學過瑜伽的人就知道我在講什麼）。過去出現的迪斯科舞，就是專門展現髖部靈活性的舞蹈，跳得好再加上服裝新潮，你就是一個很「hip」的傢伙，意思不是很屁股，而是很炫。
我們還在子宮裡時，臀部就成形了。大腿骨頂端會生成圓球狀的股骨頭，跟骨盆的髖臼完全嵌合，之後兩根骨頭會以同樣的速度生長，以確保關節變大了依然密合。不過，這些骨骼的表面非常粗糙（所有骨骼都一樣），因此人體會長出一層叫作軟骨的外圍組織，襯在兩根骨頭的接合處。軟骨比骨骼軟，但比肌肉硬，能在骨骼之間形成平滑的界面，並吸收衝擊力。之後關節再由韌帶、肌腱和肌肉加以固定，限制關節的動作，防止人體跑動、跳躍和跳扭扭舞（沒錯！）時，股骨頭脫離髖臼。所謂的關節炎其實就是軟骨受損，而軟骨一旦受損就不可能復原。
因此，髖關節置換手術就是把大腿骨頂端的股骨頭鋸掉，換成鈦做的股骨頭，再把按照鈦股骨頭尺寸製作的髖臼釘入骨盆，最後墊上高密度聚乙烯當成軟骨。這套人工關節能讓腿部活動完全恢復，並且能使用數十年，只有當聚乙烯磨耗了才需要更換。最新款的人工髖關節密合度更高，甚至不需要聚乙烯來當緩衝，但是否更耐用還言之過早，因為金屬（更新款則使用陶瓷）直接接觸可能會產生其他的磨損問題。不過，髖關節置換目前已經成為很普通的手術，讓數百萬的老年人重拾了活動力。
膝關節置換手術的原理相同，只是關節活動機制比較複雜，膝關節不是杵臼關節，它同時需要扭轉又能彎曲。下回在咖啡館無所事事望著窗外發呆時，不妨留意一般人怎麼走路：首先是膝蓋超過身體，定在下一步要踩的位置上方，再讓小腿和腳甩到定位。腳著地後，腳掌必須調整角度或扭動或傾斜以貼合地面，這些都需要膝蓋以複雜的方式調整動作來配合。跑步對膝蓋的壓力更大，因為在執行上述動作的同時，還得不斷承受衝擊。只要試著走路不彎膝蓋，就會明白膝關節對活動力有多重要。
人體組織可再造
雖然如果必要，我一定會選擇動手術恢復活力，但想到十年或二十年後，我必須換掉自己的膝關節和髖關節，我還是怕怕的。不過，十年對醫學和材料科學來說是很長的時間，現在也有科學家在努力研究，或許我終有一天可以讓受損的軟骨重新生長，而不用更換關節。
軟骨是複雜的活體組織，它的內骨架和凝膠一樣由纖維組成，主要成分是膠原蛋白。膠原蛋白是明膠的分子親戚，也是人體內最普遍的蛋白質，能讓肌膚和其他組織維持緊實彈性，因此除皺乳霜才會經常強調含有膠原蛋白。但和凝膠不同，膠原蛋白的骨架裡有活細胞，負責製造和維持骨架。
這些細胞稱為軟骨胚細胞。目前科學家可以從病人的自體干細胞培育出軟骨胚細胞，但把軟骨胚細胞直接注入關節並不會讓軟骨復原，因為這些細胞無法在原生地之外存活，也就是無法脫離膠原蛋白的骨架，一離開就會死亡。這就像直接把倫敦人送上月球以延續人類生命一樣。少了基礎建設，送再多人去也是枉然。
因此，我們需要在關節內仿照膠原蛋白的結構，建造一個臨時骨架，再把軟骨胚細胞放入這些「支架」內，讓它們成長以及分裂增生，給它們時間和空間重建棲地，進而讓軟骨重新生長。這套「支架法」的優點在於軟骨胚細胞會自行吞食掉支架，也可以事先設定，讓支架在軟骨胚細胞重建棲地之後，自動溶解，只在膝蓋和髖部留下軟骨。
用支架重建軟骨組織聽起來有點像天方夜譚，其實已經是確證的做法，於20世紀60年代由亨奇（Larry Hench）教授率先嘗試。當時一位陸軍上校問他能不能找到方法，幫助越戰退伍傷兵再生骨骼，免於截肢的命運。「我們救得了性命，卻救不了四肢。我們需要發明身體不會排斥的材質。」亨奇和其他科學家多方尋找與骨骼更相配的材質，結果找到一種名為羥磷灰石的礦物。人體內就有這種礦物質，而且它能強力附著於骨骼上。亨奇等人實驗了許多組態，發現羥磷灰石在玻璃狀態時，性質尤其特殊。這個生物活性玻璃有許多小孔，也就是擁有許多微小通道，稱為成骨細胞的骨細胞喜歡住在這些通道裡，並於製造骨骼時分解周圍的生物玻璃，就像把玻璃吞食了一樣。
生物玻璃支架和在支架內生長的成骨細胞
這套組織工程非常成功，目前主要用於合成植骨及重建顱骨和顴骨，不過尚未用於支撐性質的骨骼，因為這類骨骼必須承受人體重量，重建時間極長，而支架無法長時間承受巨大的壓力。目前的做法是在實驗室重建這類大型骨骼，因為支架不僅能存在於人體，在實驗室裡也行。細胞必須在生物反應器裡培養，而反應器除了模擬人體內的溫度與濕度，還提供養分。這項技術的成功也開啟了新的可能，未來可望製造出能完全替代人體組織的植入物。目前這個領域已經跨出了第一步，在實驗室成功培植出了人體氣管。
這項計劃的起因是一位氣管出了問題的病人。由於他的氣管出現癌細胞，必須切除。如果不置換氣管，病人就得終生倚靠呼吸器生活。科學家首先以醫院常用的X光電腦斷層掃瞄來掃瞄病人。計算機斷層掃瞄通常用來尋找大腦和其他器官裡的腫瘤，但這項計劃用它來替病人的氣管建立3D影像，之後把影像輸送到3D打印機。
3D打印機是一種全新的製造技術，可以使用數字信息製造出完整的物品。它的原理跟一般打印機類似，只不過打印頭射出的不是墨點，而是材料微粒，一次射出一層，逐層把物品製造出來。這項技術目前不僅能打印杯子和瓶罐之類的簡單物品，還能打印帶有可動部位的複雜物品，例如軸承和馬達。可以使用這項技術的材料現在有一百種，包括金屬、玻璃和塑料。賽法利恩（Alexander Seifalian）教授的研究團隊先做出可適應病人干細胞的支架材料，再把這個特殊材料放入3D打印機做出病人氣管的精確複製品。
成人干細胞的功能為更新組織，而人體每一種細胞都有相應的干細胞負責生成細胞。生成造骨細胞的干細胞稱為間質干細胞。賽法利恩教授的研究團隊做出支架後，把病人骨髓內取出的間質干細胞植入支架，再放入生物反應器中。隨後干細胞轉變成數種不同的細胞，開始建造軟骨和其他結構，形成一個自我維持的活體細胞環境，並溶解細胞周圍的支架，最後會留下一個全新的氣管。
這項技術的一大優點在於植入物完全由病人自己的細胞製成，一旦植入就自然成為身體的一部分，病人完全不需要服用副作用強烈的免疫抑制劑來防止身體排斥植入物。免疫抑制劑會壓制免疫系統以保護植入物，使得病人可能受到寄生蟲的攻擊和各種感染。然而，人工氣管若要正常作用，身體必須輸血給它，而目前還不清楚人體是否能建立足夠的供血管道。此外，人工氣管內的細胞生態必須維持穩定，氣管才不會變形，病人才能正常呼吸。而消毒是另一個問題。支架使用的聚合物非常脆弱，無法承受傳統的高溫消毒。雖然有這些難題，研究人員還是於2011年7月7日完成了人類歷史上首次的病人自體干細胞培植氣管移植。
這項技術的成功加速了新一代支架材料的研發。人工氣管必須能吸氣、呼氣，並得到血液供應才能維持長久，但它還不是人體內的調節器官。科學家接下來的挑戰是培養肝、腎甚至心臟。目前人體的這些主要器官一旦衰竭，就必須靠器官移植才能恢復健康。但器官移植得仰賴捐贈，而且必須匹配，移植後還得終生服藥以防器官排斥。不過由於器官移植通常是病人重拾健康與獨立的唯一希望，使得捐贈的器官往往供不應求。
賽法利恩教授研究團隊研發的氣管支架，在移植前先植入了干細胞
器官長期短缺造成了三個後果：首先，肝或腎壞死的病人需要長期照護，不僅費用龐大，還會讓他們無法自主生活。其次，許多患者往往等不到合適的心臟就過世了。最後，器官黑市交易越來越猖獗，更多窮人（尤其是發展中國家的窮人）被迫出售器官。不少調查都證實確有此事。最新一份來自美國密歇根州立大學的報告，記載了33個孟加拉人出售腎臟卻沒拿到錢，還因為手術賠上了身體健康。通常這些窮人會搭機前往器官接受者所在的國家，在私人醫院摘除器官，然後立刻進行移植。據稱，一枚腎臟的平均價格是1200美元。
除非找到方法取代器官移植，否則這些問題永遠無法解決。生物材料支架組織工程是眼下最具前景的替代方案，但顯然還有許多難關要克服。這些主要器官結構複雜，往往具有多種細胞，互相協調執行器官功能。以肝和腎為例，人工肝腎不僅要有血液供應，還必須聯結大動脈。人工心臟需求最急迫，因為人體只有一顆心臟，失去作用的話，人一定會死。目前已有數種人工心臟面世，但使用者最長只存活了一年。
3D打印應該會在人工器官製造技術上扮演重要角色。目前3D打印已經廣泛用於製造植牙，並於2012年為一位83歲的老婦人製作了一副人工下顎。雖然這副顎骨由鈦製成，不過打印支架材料再植入細胞，讓細胞長成病人自己的骨骼，很快就會變為可能。
人體主要器官的重建步驟似乎都到位了，等我到了98歲時，或許換了一顆新的心臟、幾個人工器官和新關節，讓我依然健康有活力，看來也不是不可能的事。但我能像奧斯丁一樣，變得「更好、更快、更強」嗎？
使用3D打印製造的人工下顎
無法克服老化
現在還很難說，但答案可能是否定的。因為老化不是由於細胞老了，而是因為製造細胞的系統退化了。老化就像以訛傳訛，下一代細胞無法重建上一代遺傳下來的結構，使得錯誤和瑕疵有機可乘。我的肌膚老化不是因為肌膚細胞43歲了，完全不是。成人干細胞會一直生成新的細胞取代舊的細胞。肌膚老化是因為肌膚結構會出現錯誤和瑕疵，傳遞給下一代細胞，使皮膚開始出現斑點、皺紋並變薄。這些劣化會代代延續下去。
心血管系統也是一樣。英國有將近三分之一的人死於循環系統疾病，是最主要的死因。換句話說，我很可能死於心臟病或中風。心血管系統包含心臟、肺、動脈和靜脈，它讓身體得以運作，而心臟病和中風基本上就是心血管系統衰竭。雖然外科醫生已經很懂得修補心血管系統，讓出錯的部位重新運作，甚至借助器官（或植入物）移植來更換部分系統，依然改變不了心血管系統非常操勞的事實。98歲的心血管系統就算修好了，也還是98歲的，只會越來越常出狀況，但置換整個血管系統在短期內還是不可能的任務。
總之，雖然培養與置換人體組織和器官越來越有成效，不同器官和數千個身體運作所需的系統間互動，還是會不斷產生瑕疵，降低組織和器官的表現。換句話說，我們還是會變老。
合成植入物是大膽的創舉，能解決人體組織或器官過早耗竭的問題，但它無法解決死亡的問題（如果我們認為死是問題的話），而只能改善生活。科學家目前已經開發出機械義肢來取代手術切除的四肢。這些電子機械裝置能接收大腦向四肢發出的脈衝並轉譯成握緊或抬腳等信號，讓義肢進行動作。同樣的技術也用來幫助頸部以下癱瘓的人，讓他們能操控機械義肢，獲得一定程度的獨立自主。這些技術雖然是為了殘障或癱瘓人士設計的，不過也可以用來幫助因為老化而失去活動力的長者。
這類技術提供了一種不同於組織工程的未來：一個生物神經機械的世界。在這個世界裡，我們的身體活動將越來越仰賴合成電子元件，我們跟世界的實體聯結也是如此。這就是「無敵金剛零零九」所想像的技術，讓奧斯丁變得「更好、更快、更強」。電視劇說這項技術需要六百萬美元，換算成現在的美金是三千五百萬元。雖然金額是虛構的，卻點出了長生科技的致命傷──價格驚人。想維持健壯到100歲得花上一大筆錢。誰願意付這麼多錢？這會成為奢侈品嗎？只有富人到了98歲還可以打網球，其他人只能坐輪椅嗎？還是這項技術只會讓我們的退休年齡延後，要一直工作到八九十歲？我比較喜歡第二種未來。但若費用真的是三千五百萬美元左右，那我們大多數人就算工作再多年也負擔不起。
我很可能會活到98歲。到時我到底是會身高縮水一半，跟我外公一樣得靠枴杖才能慢慢前進，還是能跟孫子玩網球和足球，不僅得看尖端生物材料研究的進展，也得看藥物的價錢消長。但我衷心希望我和哥哥多年前齊聲高唱的那句歌詞「我們能改造他，讓他更好、更快、更強」會成真。我想長生不死我應該還應付得來。