“人羊胚胎”培育成功,借助其他动物培育人类器官将更进一步

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“人羊胚胎”培育成功,借助其他动物培育人类器官将更进一步
麻省理工科技评论 2018-02-26

2018-02-26

科学家们称,在动物体内培育人类器官不仅能够增加器官供应,还能够利用基因编辑技术使器官与移植受体者的免疫系统更匹配。
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科学家们称,在动物体内培育人类器官不仅能够增加器官供应,还能够利用基因编辑技术使器官与移植受体者的免疫系统更匹配。

随着研究者们宣布含有人类细胞的绵羊胚胎培育成功,那些描绘在其他动物体内培育人类器官的科幻场景也逐渐变成了现实。科学家们称,在动物体内培育人类器官不仅能够增加器官供应,还能够利用基因编辑技术使器官与移植受体者的免疫系统更匹配。若使用患者自身细胞进行培养,甚至能够完全消除排异反应发生的可能。

根据英国国家医疗服务系统(NHS)血液及移植部门的数据,2016 年约有 460 名患者在等待器官的期间死亡,同时那些接受了移植的患者也有部分会经历器官排异。“直到目前,那些最匹配的器官,除了来源自同卵双生的情况外,都因为免疫系统的持续攻击而无法长时间维持功能,”来自加州大学戴维斯分校、致力于使人类器官在其他物种体内生长的研究团队成员 Pablo Ross 博士说。Ross 补充说,如果人类器官在其他物种体内生长得以实现,那么器官移植技术或许将能够使人起死回生。

来自克隆绵羊多莉诞生地罗斯林研究所(Roslin Institute)的动物生物技术学教授 Bruce Whitelaw 说,尽管距离真正在其他动物体内培育人类器官的目标还有很长的路要走,但目前这项最新研究“是开始探索绵羊是否能够作为这一宏伟的‘嵌合’工程的供给物种的重大一步。”目前,直接将另一物种的器官移植给人类的异种器官移植仍是人类解决器官短缺的一种可行方法,不过,该方法所引发的排异反应仍然是医疗人员必须要面临的严峻问题。

正因如此,科学家们一直在尝试在一种物种体内培养另一物种的器官:经过努力,科学家们已经成功在小鼠体内培育出了大鼠胰腺。不过最近,Ross 及他的同事在我们人类身上有重要突破:他们已经够能将人类干细胞植入早期猪胚胎中,大约每 10 万个猪细胞中就会有 1 个是人类细胞。但受规则所限,这些嵌合体仅被允许发育 28 天。如今,在近期于德克萨斯州奥斯汀举行的美国科学促进大会上,研究团队宣布他们制造出了一种类似的绵羊胚胎,具有更高的人类/动物细胞数比。“这些绵羊胚胎中每 1 万个细胞里有 1 个是人类细胞,”Ross 说。

研究团队称,他们已经能够利用基因编辑技术制造出无法发育出胰腺的猪胚胎和绵羊胚胎,下一步将主要攻克胰腺发育这一问题。他们希望植入此类胚胎的人类细胞能够正常生长并替代缺失的器官。研究团队目前仅被允许将嵌合体胚胎最多培育 28 天,而嵌合绵羊胚胎被允许培育至 21 天。尽管可能已经足以用来观察人类细胞植入基因编辑胚胎后缺失器官发育状况,但研究团队成员、来自斯坦福大学的 Hiro Nakauchi 博士称,长至 70 天左右的实验周期会更具有说服力,只是这必须要有机构审查委员会的额外批准。然而,Ross 说,如果使用这种方法,那么人类/动物细胞数比至少应该在 1% 以上,而不是现在的万分之一,这意味着仍然需要做大量的工作来使人类细胞在嵌合体内的比例增高。

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Ross 补充了几个使用绵羊胚胎的优势,其中包括它们能够应用简单的体外受精技术培育而成,并且需要植入成年绵羊子宫所需的胚胎数量更少,这意味着整个实验所需的胚胎更少。

“我们一般给每个受体猪植入 50 个胚胎,”Ross 说。“给绵羊我们只需要每个受体植入 4 个胚胎。”绵羊与我们一样,具有功能明确的器官——例如心脏和肺,并且实验证明它们的胚胎能够与山羊胚胎嵌合,生出“山绵羊”。与猪一样,绵羊的器官尺寸适合人体。以猪为对象的研究仍然在进行,Ross 说,他们注意到猪具有其他优点,包括发育速度及每次生产的幼崽数量更多,这意味着更少的动物能产生更多的实验数据。然而伦理方面的忧虑比比皆是,就比如嵌合体是否能够发育出像人类一样的大脑和思维就值得担忧。

“我也有同样的担忧,”Ross 说,为此研究团队正在关注嵌合体中人类细胞的最终发育方向。“如果我们的实验结果表明人类细胞最终会因此而产生了动物的脑袋,我们将永远不会再继续研究。”他说。Nakauchi 对于人类终将能够获得从动物体内发育的器官保持乐观。“这可能会需要 5 年,甚至 10 年,但我坚信最终我们会做到的,”他说。Nakauchi 同时也认为那些表示担忧的观点并不重要:“目前人类细胞的分布少之又少。根本不可能会生出长着人脸或者人脑的猪,”他说。“我们已经发表了几篇表明我们具有锁定目标区域的能力,所以我们能够避免人类细胞分化出大脑或生殖腺。”

其他潜在问题,包括动物体内的病毒的 DNA 可能将感染人类细胞,以及人类器官可能会具有由宿主动物细胞组成的血管。“这样的器官一旦移植入人体将会引起免疫系统的排斥反应——很可能将会属于超急性排异反应,”来自英国弗朗西斯·克里克研究所(Francis Crick Institute)的干细胞生物学及发育遗传学部的负责人 Robin Lovell-Badge 说。

然而,近期在基因编辑技术方面的进展使科学家们获得不携带病毒的猪崽们成为可能,一定程度上为此类研究铺平道路,同时 Ross 指出在进行器官移植后人类细胞或许能够取代残存的宿主动物细胞。最近,美国国家卫生研究院 (National Institutes of Health) 暂停了对这项研究的经费投入,然而通过一系列审查过程,暂停将可能被取消。在英国的科学家们必须向内政部申请进行此类研究的许可。

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