讓動物長出人類器官

楊欣

由于供移植的人類器官短缺，研究人員想出了各種辦法來解決這一問題。

現(xiàn)在，研究人員提出了另一種設(shè)想并在進行試驗，就是讓動物長出人的器官，以供人移植。能夠長出人的器官的理想動物首先是豬，其次是綿羊或牛。

敲除和替換基因

讓豬長出可供人類移植的器官至少要滿足兩個條件。一是要有人的胚胎發(fā)育期的干細胞或人的誘導(dǎo)產(chǎn)生的多能干細胞移植到豬體內(nèi)，才能由這樣的細胞長出各種器官出來;二是要讓豬體內(nèi)特定的地方不能長出豬的器官，而是讓人的干細胞代替豬細胞從而長出人的器官來，這就需要敲除豬的某些特定基因，如發(fā)育成胰臟的基因，或使其不能表達出來。

現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)能初步在豬身上做到這兩點。美國加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校的繁殖生物學(xué)家帕布羅·羅斯研究團隊進行試驗，把人類干細胞注入到豬胚胎中，創(chuàng)造出了人-豬合成胚胎，即嵌合體動物模型。這些人-豬嵌合體胚胎表面上和普通的豬胚胎別無二致，但它們的胰腺完全是用人類細胞培育出來的。

研究人員采用一種基因編輯技術(shù)，即CRISPR/Cas9（規(guī)律成簇間隔短回文重復(fù)），實際上就是一種基因編輯器（基因剪刀），對豬胚胎發(fā)育為胰臟的基因進行切除，同時把人的發(fā)育為胰臟的基因注入到豬胚胎。然后把這種胚胎轉(zhuǎn)移到代孕母豬體內(nèi)發(fā)育。當豬胚胎發(fā)育成熟后，就可以長出人的胰臟了。

但是，由于倫理問題，現(xiàn)在還不能讓這樣的豬長大和長出成熟的器官，只能讓人-豬嵌合體胚胎在母豬體內(nèi)生長到28天，然后終止妊娠，胚胎也將被移出體外，進行后續(xù)研究。

倫理問題的核心是，像人-豬這樣的嵌合體胚胎是否會造成人獸雜交動物，既危及人的安全，又有可能創(chuàng)造出一種半人半獸的新物種。半人半獸的物種源自古希臘神話的怪獸喀邁拉（chimeras），它是一種擁有羊身、獅頭和蛇尾的噴火神獸。今天，人類如果能在現(xiàn)實中創(chuàng)造出半人半獸的物種，其實是對人類倫理的挑戰(zhàn)，因此，需要獲得社會的認同，至少需要倫理委員會的批準。

現(xiàn)在，美國國立衛(wèi)生研究院正在考慮開放用人類精子或卵子與動物生殖細胞結(jié)合培育人獸嵌合體，因為它們不僅有可能長出人的器官，也有助于研究人類的生長發(fā)育和不孕不育問題。但是，美國國立衛(wèi)生研究院迄今尚未批準這類研究，只是希望最早將于2017年初開始

為這些研究項目提供贊助。而英國內(nèi)政部科學(xué)動物委員會近日公布了一套指導(dǎo)方針，規(guī)定了這一類研究應(yīng)該如何進行。

即便如此，現(xiàn)在美國研究人員已經(jīng)在約20頭動物體內(nèi)移入了人獸混合的胚胎，這些胚胎都是通過將人類干細胞注入動物細胞中制造出來的。然后科學(xué)家再把這些胚胎移入豬或綿羊體內(nèi)發(fā)育，但是這些胚胎均未經(jīng)歷完整的發(fā)育過程。

此外，美國明尼蘇達大學(xué)的沃爾特·洛教授也正在開展一項類似的研究，他認為，豬是一種理想的“生物孵化器”。利用這種方法在豬的體內(nèi)培育的肝臟將是一個人原先肝臟的完美拷貝，只是更加年輕并且更加健康。因此這個人在接受相關(guān)移植手術(shù)之后完全不需要服用任何免疫抑制藥物，而藥物都是有副作用的。

研究人獸嵌合體的進程

早在2004年，研究人員就研究讓豬來生產(chǎn)人的器官，以便供人移植。例如，美國明尼蘇達州馬約醫(yī)學(xué)中心的普拉特醫(yī)生將人類干細胞移入豬的胚胎，制造了一些“喀邁拉豬”。其過程就是把人體胚胎干細胞注入豬的胚胎，這種胚胎發(fā)育成的豬的體內(nèi)帶有人的細胞。但是，由于倫理限制，這種嵌合豬胚胎沒有能發(fā)育成形。

研究的難點在于，即便讓豬產(chǎn)生人的器官，也要克服未來的免疫反應(yīng)。因為，即便移植人的器官（同種移植），也要進行人類白細胞表面抗原配型，配型一致，才不會產(chǎn)生排異反應(yīng)。所以，讓豬長出人的器官最好是量身定做，即提取需要器官移植者（受者）的皮膚細胞或其他細胞，并生成誘導(dǎo)多能干細胞（iPS），再把這樣的細胞注入動物胚胎，形成人-豬或人獸嵌合胚胎，如此可以讓未來豬或羊身上長出的器官與受者的免疫原性一致，避免排異反應(yīng)。

此外，讓豬生產(chǎn)人類器官的做法既要讓人的誘導(dǎo)多能干細胞定向在豬胚胎中生長成為特定器官，如肝臟，又需要用基因工程抑制豬生長出自己的器官。2010年，日本的中內(nèi)研究小組在《細胞》雜志上發(fā)表一篇論文，描述了他們在動物身上取得的進展。雖然他們不是讓動物長出人的器官，但試驗讓小鼠長出了大鼠的胰臟，即用大鼠干細胞在胰臟發(fā)育缺陷的小鼠胚胎中培育胰臟，獲得成功。

2013年2月，中內(nèi)等人又在《美國國家科學(xué)院院刊》上發(fā)文稱，他們把甲豬的誘導(dǎo)多能干細胞移入到一個不能發(fā)育成自己胰臟的有缺陷的豬胚胎（乙豬）中，結(jié)果胚胎生成了甲豬的胰臟。

按這種技術(shù)路線操作，也可以將人的誘導(dǎo)多能干細胞植入不能發(fā)育成自己胰臟或肝臟的豬胚胎中，讓其發(fā)育成含有人胰臟或肝臟的小豬，等小豬長大，就可以摘取其胰臟或肝臟供人移植了。豬的懷孕期平均為114天，也就是說，只要技術(shù)成熟，少則需要等待4個月，多則需要等半年，需要移植器官者就可以讓豬量身定做符合自己要求同時又不會受到排異的器官。

現(xiàn)在，人們還擔(dān)心人豬嵌合體胚胎有一種更大的越位的可能，即人類細胞向豬腦擴散，如果這種情況發(fā)生，將會導(dǎo)致有人類思維的豬產(chǎn)生。但是，研究人員表示，每培育一個器官，都會仔細觀察豬腦部的變化，如果發(fā)現(xiàn)后者變得越來越像人類大腦，就不會允許這種嵌合胚胎繼續(xù)發(fā)育。

現(xiàn)在，美國研究人員已經(jīng)能讓豬長出人的胰臟，盡管限于倫理制約，還不能批準其完全生長為成熟的器官，但人-豬嵌合體已經(jīng)是一種美妙的藍圖，值得一試。不過，讓豬或其他動物長出人類器官供移植，還有很長的路要走。

先讓豬產(chǎn)生人的物質(zhì)

盡管讓豬產(chǎn)出人類器官還需要等待較長時間，但是研究人員現(xiàn)在已經(jīng)能讓豬產(chǎn)生人類的物質(zhì)，例如人血白蛋白，這同樣是基因編輯技術(shù)的成果。

人血白蛋白是一種在血液存在的蛋白質(zhì)，可用來治療很多疾病，例如對肝衰竭和創(chuàng)傷性休克治療、血液透析輔助治療很有效。研究人員一直嘗試在豬體內(nèi)產(chǎn)生人血白蛋白，但是由于無法避免豬源性白蛋白的產(chǎn)生，很難分離和提純?nèi)搜椎鞍住?/p>

2014年，中國軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院等機構(gòu)的研究人員采用CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)，在豬受精卵基因組中用于產(chǎn)生豬白蛋白的區(qū)域，插入了一段可以合成人類白蛋白的DNA片段。在豬基因組中嵌入的等位基因位于豬白蛋白合成基因的下游。這就使得豬在產(chǎn)生人源性白蛋白的同時，不產(chǎn)生豬源性白蛋白，從而避免人源性白蛋白和豬源性白蛋白的混合。

讓豬產(chǎn)生人源性白蛋白的具體做法是，植入300個基因組編輯后的受精卵到10只母豬體內(nèi)，這些受精卵都攜帶有插入人血白蛋白的等位基因。此后，5只豬成功懷孕，產(chǎn)下了16只巴馬豬崽。通過檢測發(fā)現(xiàn)，16只豬崽來自攜帶人源性白蛋白基因的受精卵，并且它們的血液中能檢測到人血白蛋白。不過，豬崽體內(nèi)的人血白蛋白含量有所不同。進一步的繁殖試驗表明，通過CRISPR/Cas9基因修飾工具插入的人源性基因可以傳給這些豬崽的后代。

現(xiàn)在，中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院的研究人員已經(jīng)培育出30多頭完全表達人血白蛋白的基因修飾克隆豬。每只豬每周可以采血兩次，一次1.5升以上，每年可以制成2.5千克以上的血清白蛋白，未來有望成為血清白蛋白的重要來源。

僅僅在2015年，中國全年血清白蛋白的用量（含進口量）就達到300噸。由于重組蛋白技術(shù)仍未正式上市，目前使用的均是來源有限的原料血漿。如果能讓豬產(chǎn)生人源性白蛋白，將為治療疾病提供更好的條件。

但是，目前讓豬產(chǎn)出人血白蛋白的技術(shù)仍處于研究階段，要大規(guī)模應(yīng)用在人身上，還要解決生物安全問題。

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