器官農(nóng)場(chǎng)

欣欣

如果器官就像田地里的菜一樣，想要多少就種多少，那么許多器官衰竭的患者便不用在絕望中等待生命的消逝?，F(xiàn)在，日本科學(xué)家正在努力建造這種農(nóng)場(chǎng)，干細(xì)胞是種子，動(dòng)物的身體是農(nóng)田。

干細(xì)胞是種子

具有分化為多種細(xì)胞能力的干細(xì)胞，可以被分為兩類(lèi)，一類(lèi)是人類(lèi)胚胎干細(xì)胞，取自于人類(lèi)胚胎，另一類(lèi)是誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（iPS cell），是皮膚或者血液細(xì)胞經(jīng)過(guò)人工誘導(dǎo)而轉(zhuǎn)化成的干細(xì)胞。獲取前一種干細(xì)胞時(shí)因?yàn)樾枰茐呐咛ィ虼耸艿降赖律系馁|(zhì)疑，所以通過(guò)誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞來(lái)治療疾病是現(xiàn)在干細(xì)胞研究的主流。

例如，日本橫濱城市大學(xué)的研究者便利用人類(lèi)的誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)中分化出了肝內(nèi)胚層細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞。人類(lèi)胚胎在自然發(fā)育的過(guò)程中，正是這三種細(xì)胞構(gòu)成了肝臟。當(dāng)研究者把這三種細(xì)胞混合在一起后，它們生長(zhǎng)成為一個(gè)“肝芽”——雖然不是成熟的肝臟，但卻具有發(fā)展成為肝臟的潛力的立體結(jié)構(gòu)。研究者把肝芽移植到小鼠體內(nèi)，它的血管與小鼠的血管連接在了一起，并且開(kāi)始執(zhí)行成熟肝臟具有的功能。

這是第一例由誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞制造出的具有功能的人類(lèi)器官。無(wú)數(shù)器官衰竭的患者都在等待供體中絕望地死去，誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞的未來(lái)發(fā)展關(guān)乎更多這類(lèi)患者是否能夠得救。誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞就像一粒種子，把它“種”到老鼠等動(dòng)物體內(nèi)，就能夠收獲所需的器官，例如這次實(shí)驗(yàn)中的肝臟。

動(dòng)物的身體是田地

然而，小鼠身上長(zhǎng)出的人類(lèi)器官有些“迷你”。小鼠的身體就像是貧瘠的土地，并不適合“耕種”人類(lèi)器官。于是有科學(xué)家把目光瞄準(zhǔn)了豬，因?yàn)樗鼈兊钠鞴俅笮『托螤疃寂c人類(lèi)的非常相似。也許在豬的體內(nèi)，能夠長(zhǎng)出完美的人類(lèi)器官，并在將來(lái)用于器官移植。東京大學(xué)的研究者就正在進(jìn)行此類(lèi)實(shí)驗(yàn)。

首先，研究者利用基因技術(shù)制造出了缺少某種器官的豬，如果需要腎臟，那么制造的豬就會(huì)天生缺少腎臟。然后，研究者將人類(lèi)的誘導(dǎo)性多能腎細(xì)胞植入這種豬的胚泡（早期階段的胚胎）中。這個(gè)胚泡發(fā)育成的豬體內(nèi)會(huì)混合有人類(lèi)細(xì)胞和豬細(xì)胞，但只有腎臟是完全由人類(lèi)細(xì)胞構(gòu)成的。這個(gè)腎臟能夠移植給腎臟衰竭的患者，并且不會(huì)誘發(fā)排異反應(yīng)。

在東京大學(xué)2010～2013年的實(shí)驗(yàn)中，研究者已經(jīng)把人類(lèi)的誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞植入了缺少各種器官的動(dòng)物體內(nèi)，例如沒(méi)有胰腺的老鼠和豬身上。

困難重重的耕種過(guò)程

讓動(dòng)物長(zhǎng)出人類(lèi)器官，已經(jīng)足夠驚悚，還要把動(dòng)物體內(nèi)長(zhǎng)出的器官移植到人的身體中，這么做是否真的行得通呢？這些器官中會(huì)否混有動(dòng)物的細(xì)胞，并在移植后引起劇烈的反應(yīng)呢？有學(xué)者提出，這些器官連接的血管中可能還帶有動(dòng)物的細(xì)胞。為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員隨后制造出了天生缺乏動(dòng)脈、靜脈以及胰腺的老鼠，在此類(lèi)老鼠的胚泡中植入人類(lèi)的誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞后，生長(zhǎng)出的胰腺以及所有血管都由人類(lèi)細(xì)胞組成，這樣便不用擔(dān)心移植時(shí)混入老鼠細(xì)胞了。

還有人擔(dān)心，這種長(zhǎng)著人類(lèi)器官的動(dòng)物會(huì)變成可怕的怪物。我們經(jīng)常在科幻電影中看到，實(shí)驗(yàn)室中的動(dòng)物因?yàn)榛蛲蛔兌@得了人類(lèi)的智慧，而“器官種植”實(shí)驗(yàn)會(huì)否讓動(dòng)物擁有人類(lèi)的大腦細(xì)胞后也變得極其聰明呢？研究人員解釋?zhuān)覀兊闹腔叟c情感來(lái)自于大腦獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，而非大腦神經(jīng)細(xì)胞。也就是說(shuō)，即便人類(lèi)的大腦神經(jīng)細(xì)胞在老鼠的大腦結(jié)構(gòu)中，也只能發(fā)揮老鼠大腦神經(jīng)細(xì)胞的作用。不過(guò)為了避免這一點(diǎn)以及一些道德上的疑慮，研究人員已經(jīng)尋找到一種方法防止胚胎在發(fā)育時(shí)，人類(lèi)的誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞分化為腦神經(jīng)細(xì)胞和生殖細(xì)胞。

最后，人類(lèi)和豬畢竟存在很大的差異。例如，豬的胚泡十分巨大，有幾百個(gè)細(xì)胞，長(zhǎng)達(dá)10厘米，而人類(lèi)的胚泡要小得多，只有150個(gè)左右細(xì)胞，僅有1/5毫米長(zhǎng)。這兩種結(jié)構(gòu)差異巨大的胚泡真的能夠融合到一起嗎？人類(lèi)的誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞是否會(huì)嚴(yán)重干擾豬胚胎的發(fā)育，并最終導(dǎo)致流產(chǎn)？研究者對(duì)此已有后備方案，如果豬并不適合用于生長(zhǎng)人類(lèi)器官，那他們將用猴子來(lái)做實(shí)驗(yàn)，畢竟人類(lèi)和猴子要相似得多。