中国80后科学家造出“猪2.0”,一年内进攻猪器官移植两大世界性难题 | 独家专访启函生物

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中国80后科学家造出“猪2.0”,一年内进攻猪器官移植两大世界性难题 | 独家专访启函生物
麻省理工科技评论 2018年10月26日

2018年10月26日

启函生物在动物器官移植领域取得的成果,无疑成为所有与会者的关注焦点。
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启函生物在动物器官移植领域取得的成果,无疑成为所有与会者的关注焦点。

2017 年 8 月,哈佛大学遗传学大牛 George Church 博士和杨璐菡团队在《科学》杂志发表重磅成果,运用 CRISPR 基因编辑技术,他们培育出世界上首批对器官移植无“毒”的活猪,这一革命性成果,成功解决了用于人体移植的猪器官含有内源性逆转录病毒问题。

一年之后,杨璐菡博士团队再次取得重大突破:由杨璐菡作为联合发起人和 CEO 的杭州启函生物科技有限公司(启函生物)培育的以解决器官移植免疫排斥的“猪 2.0”(Pig 2.0)已经成功诞生。

图丨杨璐菡(来源:哈佛大学)

这一最新进展,由启函生物在 2018 年 10 月 22 日于杭州举行的 George Church 博士转化生物技术和投资研讨会上首次对外宣布。启函生物在动物器官移植领域取得的成果,无疑成为所有与会者的关注焦点。

器官移植供体短缺是全世界共同面临的问题,其中一个被看好的器官来源就是猪。在此之前,杨璐菡和她的团队已经使用CRISPR技术使猪基因组内 PERV(猪内源性逆转录病毒)基因失活,这在当时被认为是通过CRISPR 实现精确、广泛遗传改变最成功的例子。

“猪 1.0”的诞生为人们带了希望:这一技术最终可让猪器官适合于人体。而现在“猪 2.0”,正是为了解决猪器官移植的第二道大关卡——器官移植免疫排斥。

图丨“猪1.0”:首批出生时基因组中不含 PERV 的小猪(来源:eGenesis)



不仅有猪 2.0,还有猪 3.0


DT 君就最新的“猪 2.0”的诞生,专门采访了启函生物技术开发总监高杨滨博士(Yangbin Gao)。

高博士表示,猪 1.0 成功解决了猪内源性逆转录病毒基因问题,而猪 2.0 主要希望解决的是器官移植免疫排斥的问题。

高博士对此说道:“我们相信免疫排斥问题的解决是一个分步的从量变到质变的过程,因此很难定义‘解决’的概念。我们预期的是,第一步猪的器官组织和细胞能够在人体中存活并发挥正常功能;第二步是将免疫排斥进一步减小,甚至可以达到不同人之间器官移植的水平;第三步,也是我们最终希望基因编辑能够最终达到的目标,即将免疫排斥完全消除,达到自体器官移植的免疫排斥水平。我们目前正在努力实现第一个目标。”

图 | 启函生物技术开发总监高杨滨博士宣布“猪 2.0”已经成功诞生(来源:DT 君)

为了能使猪 2.0 的器官与人体免疫兼容,研究人员使用了包含 CRISPR 技术在内的最新的基因工程技术。

并且据高博士对 DT 君透露,研究人员对抗体反应、补体反应、凝血反应和细胞免疫反应相关的基因进行了一系列的插入、删除和修改,以抑制抗体反应、补体反应和细胞免疫反应,同时控制凝血反应。

有关启函生物团队培育的猪 2.0,接下来会有相关文章发出来。高博士说道:“而且我们希望是一系列的文章,当然还需要看项目具体进行的情况。”

高博士同时表示,接下来他们将会在同一个器官供体上同时解决内源性逆转录病毒和免疫排斥的问题。

“目前我们正在努力将猪 1.0 和猪 2.0 的基因修改结合起来,产生猪 3.0。同时我们也在积极地推进临床前的大动物试验。我们也将在临床前试验证明器官的安全性和有效性之后,开始设计进行临床试验。”



突破异种器官移植的两大世界难题


从上世纪 90 年代,异种器官移植的概念就被广泛提及,当时已经有研究人员将猪器官移植到人体的尝试,但是 20 多年过去了,异种器官移植仍然是一个尚未解决的世界性难题。之所以如此,是因为异种器官移植面临着两大根本性障碍一直以来未能解决。

其中之一就是动物基因组中含有可能有害的基因,比如上文提到的猪基因组中含有 PERV 基因,显然在移植动物器官时不能将这种潜在的危险带入人体,而如果用传统基因编辑手段将有“毒”基因剔除,过程非常缓慢且精度难以保证。

幸运的是,“基因魔剪” CRISPR 技术的出现,使得对猪细胞全基因组进行高效、精准编辑成为可能。

图丨George Church(来源:DT君)

2014 年,George Church 和杨璐菡共同创立了专注于器官移植的 eGenesis 公司。2017 年,他们使用 CRISPR 技术使使猪胚胎中 PERV 基因拷贝全部失活,并顺利诞生 37 只体内无 PERV 病毒且发育正常的小猪。这批猪 1.0 的诞生,使得异种器官移植朝着成为现实迈出了充满希望的重大一步。

(来源: eGenesis )

但除了动物体内内源性逆转录病毒的影响,异种器官移植在临床应用上还有面临着第二个关键障碍,即免疫排斥。

人体内存在的那套高级、复杂的免疫系统,是防卫病原体入侵最有效的武器。当有外来病原微生物或异物时,免疫器官、免疫细胞、免疫活性物质轮番上阵“誓死”阻挡并清除“异己”的这种重要存在,却成为影响器官移植存活率的最主要问题之一。

当然,免疫排斥反应不仅仅是动物器官移植才会面临的障碍,就算是人类捐献者的器官和人造材料,也会面临免疫排斥反应难题。

开发和使用免疫抑制药物,可以说是一种没有办法的办法,因为抑制了人体正常的免疫功能,也就将人体暴露在了更多健康威胁之中。但是即便是使用最好的免疫抑制药物,目前的器官移植存活率和存活时间也十分不乐观。

启函生物这次所培育的猪 2.0,就是利用基因编辑技术对猪相关基因进行编辑,使其能够与人体免疫兼容,由此有望从根本上解决异种器官移植免疫排斥问题。



为什么要用动物(尤其是猪)的器官?


虽然我们常常听到器官捐献的感人新闻,虽然中国自愿捐献器官数量已经六年增长 120 倍,达到每年 4000 多例,且成为世界第二器官捐献大国,但是在中国目前每年有多达 150 万的患者需要器官移植,有 3 万多登记患者仍在等待器官移植,更有无数患者在等待中已经逝去。如果放到全球来看,器官短缺的数量则更加惊人。

为从根本上解决器官短缺的问题,科学家们也是想尽办法。首先可以确定的是,仅仅依赖一些人自愿的器官捐献,是根本难以满足需求的。

于是科学家们想到了两种思路,一种是人造器官,这也是目前火热的再生医学重点研究方向;另一种就是异种器官移植,移植与人体器官形态、功能类似的动物器官,以替代性地解决器官问题。

图 | 人造心脏(来源:hightech.fm)

虽然干细胞与再生医学是近年来方兴未艾的生物医学新领域,且在某些疾病治疗上产生了重大的临床应用价值,但是想要实现人造器官,比如心、肝儿、肾,只能说还相当遥远。

至于有多遥远,国际移植协会前主席、美国威斯特米德研究所移植与肾脏研究中心主任 Philip O'Connell 博士说了一句有趣的评价:“我们距离复杂的器官人造或组织再生还很遥远,这目前甚至不是一个科学问题,而是一个科幻问题。”

所以,在难以完全依靠人类器官捐献,也等不及科幻般人造器官来临的当下,科学家们将目光放在了异种器官移植上。另外由于猪的心脏、肝脏、肾脏等器官大小、功能与人类器官十分类似,且便于获得,因此就成为了最合适且最有希望的最选择。



科学之外的伦理道德问题


我们相信,随着基因编辑技术的发展和成熟,杨璐菡团队的猪 3.0、猪 4.0 将在不久诞生,取之不尽的、安全的、不会发生免疫排斥的供体器官也终将到来。

但是在那一天到来之前,除了有“毒”基因和免疫排斥,还有许多问题需要勇敢面对和解决,比如患者不良预后、动物器官在人体内的寿命等。而在科学和技术之外,一个棘手的伦理道德问题也随即出现。

在 10 月 21 日举办的“中国-杭州基因工程和再生医学国际高峰论坛”,以及 10 月 22 日 George Church 博士率领他的生物科技创新团队举行的“转化生物技术和投资研讨会”上, 包括全球生物科技泰斗、美国工程院和科学院两院院士 George Church,中国科学院院士、西湖大学校长施一公,美国麻省总医院临床手术移植中心主任 James Markmann 博士,国际移植协会前主席 Philip O'Connell 博士在内的相关专家学者,对基因编辑、转基因动物研究、临床器官移植、组织及干细胞移植等内容作了汇报,并着重对异种器官移植的发展历史、现状难题、杨璐菡团队的突破性成果以及未来前景发表了各自的观点。

在伦理问题的讨论上,则有两个方面值得我们关注,一个是实验动物的福利。从 19 世纪末开始,随着动物越来越多地用于生物医学研究的实验中,实验动物的福利就成了公众关注的焦点。如今很多国家都颁布了相关的法律和条款,以规范和保障实验动物的福利。

在中国对于动物实验也有非常严格的规定,事实上任何机构需要做动物实验的话都需要取得相关许可,每个相关机构也都有善待动物委员会。虽然与西方相比,我们的实验动物福利在某些地方仍有差距,但随着使用动物的实验越来越多,相关制度规范也越来越严格。

(来源:麻省理工科技评论)

至于对启函生物研究实验中猪猪们相关福利的担心,与会专家则表示,这一点并不用太担心,因为启函进行的是国际性的研究,他们的成果想要取得国际认可,就要遵守相关标准,就必须善待动物。杨璐菡博士在接受提问时也说:“我们认为,在面对选择时,人的生命是最高准则。”

图丨eGenesis公司进行研发的策略

但其实,如果像启函生物所希望的那样,用动物建立一个不需要等待器官移植的新世界,真正的困难在于大众能否接受,甚至是否会反对。尤其是当科学家们在基于“科学”选择了“猪”这种动物的时候,可能没有过多考虑当“猪器官”规模化时,所要面临的宗教信仰和社会伦理问题。

或许这个挑战,会在一切技术成熟之后迎刃而解,也或许更加棘手。但毋容置疑的是,异种器官移植对于人类来说有着极其重要的意义,且有着极其光明的前景。



中国 80 后科学家的“器官移植梦”


近几年,杨璐菡和她的团队被不少人认为是全球生物医疗技术领域冉冉升起的一颗新星。

杨璐菡本人 2008 年本科毕业于北京大学,后赴美国哈佛大学师从师从 George Church 教授。2014 年,她被福布斯杂志评为 30 岁以下 30 个科学医疗领域领军人物;2017 年达沃斯世界经济论坛被评为全球青年领袖;同年被美国《彭博商业周刊》评为全球最有影响 50 位人物;2018 年被《纽约时报》评为当代高瞻远瞩的 30 位人物。

早在攻读博士学位的过程中,杨璐菡就意识到器官移植对全人类的重要性。这位 80 后姑娘曾表示:“我们希望我的公司能创造出患者不需等待就可进行器官移植的新世界。”2014 年,杨璐菡和她在哈佛的博士生导师、美国科学院及工程院双料院士 George Church 共同创立了一家叫 eGenesis 的生物技术公司,致力于推动异种器官移植临床应用。

2017 年,杨璐菡与 George Church 在杭州共同创立启函生物,杨璐菡并担任启函生物首席执行官。启函生物与美国 eGenesis 公司为姊妹公司,希望建立新型的中美同步研发,互通有无的创业创新模式,致力于使用世界最先进的基因编辑技术来获取可用于人体移植的安全有效的异种细胞、组织和器官,解决中国和世界器官移植供体严重短缺的问题。

2018 年 7 月 23 日,启函生物宣布已获得由红杉、ArchVenture领投的780万美元A轮融资,用于建立世界水准的基因修改平台,以推动异种器官移植的研发。目前,启函生物已建成全新的国际一流水准的研发中心,并组建了一支在基因编辑和异种器官移植领域富有丰厚经验的领军团队。

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