科學(xué)家首次在豬體內(nèi)培育出人類腎臟

2023年9月7日HealthDayNews(《健康日新聞》)報道，人類有史以來第一次在動物身上培養(yǎng)出實體的人源化器官(solid humanized organ)，這是可能解決器官短缺問題并挽救無數(shù)生命的第一步。

一份新的研究報告顯示，中國研究人員利用各種基因工程技術(shù)，在豬的胚胎內(nèi)培育出了部分人類的早期腎臟。

資深研究員Liangxue Lai(賴良學(xué))說：“該研究證明了在豬身上產(chǎn)生人源化器官的可能性，我們對這種可能性感到興奮。”賴良學(xué)是中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院華南干細胞生物學(xué)與再生醫(yī)學(xué)研究所副所長。

研究人員在豬身上制作了5個類似人腎臟的結(jié)構(gòu)，這些腎臟在發(fā)育25～28 d后達到了中腎階段，即腎臟發(fā)育的第二階段。

賴良學(xué)說，這些早期腎臟中50%～70%的細胞是人類的細胞。

賴良學(xué)說：“如果延長妊娠時間，人類細胞的比例可能會進一步增加，但也可能存在其他技術(shù)障礙，為此我們正在努力。”

美國紐約大學(xué)朗格尼移植研究所免疫遺傳學(xué)實驗室主任Massimo Mangiola將這些器官稱為“器官原基(primordial organs)”。

“研究結(jié)果清楚地表明，他們可以將人類細胞培育成器官原基，”沒有參與這項研究的Mangiola說，“以前從未這樣做過?，F(xiàn)在預(yù)測它是否會發(fā)育成一個成熟的人類腎臟還為時過早，但這是朝著這個目標邁出的第一步?！?/p>

先前的研究曾使用類似的方法在豬身上產(chǎn)生血液或肌肉等人體組織，但這是第一次真正培育出部分人體器官。

根據(jù)背景說明，研究人員之所以將重點放在腎臟上，是因為腎臟是最早發(fā)育的器官，也是人類最常見的移植器官。

在這項工作中，研究人員首先建立了缺失2個對腎臟發(fā)育至關(guān)重要的基因的轉(zhuǎn)基因豬胚胎。這在胚胎中創(chuàng)造了一個空的空間--一個腎臟形狀的“生態(tài)位”(niche)，人類干細胞可以較少受到豬細胞競爭來填補這個空間。

研究作者指出，將人類干細胞整合到豬胚胎中的挑戰(zhàn)之一是豬細胞的發(fā)育勝過人類細胞。

接下來，研究人員改造了人類干細胞，使其更有可能融入豬胚胎，減少自身消亡的可能性。然后將這些細胞培養(yǎng)成類似于早期人類胚胎細胞的“幼稚”(naive)細胞。

然后，在將發(fā)育中的胚胎植入代孕母豬體內(nèi)之前，研究人員將含有人類干細胞的豬胚胎進行實驗室培養(yǎng)，使用獨特的營養(yǎng)物質(zhì)和激素來促進人類細胞和豬細胞的生長。

研究稱，研究人員總共將1 820個胚胎移植到13個代孕母豬中。

25～28 d后，研究人員終止妊娠并提取胚胎，看看胚胎是否成功產(chǎn)生了人源化腎臟。

研究人員共收集了5個發(fā)育階段腎臟結(jié)構(gòu)正常的豬胚胎。

研究人員發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用基因工程成功地將人類細胞的發(fā)育主要定位在腎臟，胚胎的其余部分則由豬細胞組成。

這項研究結(jié)果于2023年9月7日發(fā)表在CellStemCell(《細胞干細胞》)上。

“我們發(fā)現(xiàn)，如果在豬胚胎中創(chuàng)造一個生態(tài)位，那么人類細胞就會自然進入這些空間，”廣州生物醫(yī)學(xué)與健康研究院的資深作者Zhen Dai(戴禎)在一份期刊新聞稿中說，“我們在豬大腦和脊髓中只看到很少的人類神經(jīng)細胞，在生殖嵴中沒有看到人類細胞，這表明人類多能干細胞沒有分化為生殖細胞?！?/p>

研究人員表示，在未來的研究中，通過敲除人類干細胞中的更多基因，這種輕微的增殖可能會得到進一步的預(yù)防。

下一步是讓腎臟發(fā)育的時間更長，以觀察人類細胞在發(fā)育過程中是否繼續(xù)勝過豬細胞。研究人員還致力于在豬身上培育其他人體器官，包括心臟和胰腺。

長期目標是在豬體內(nèi)培育出可供移植的人體器官，但研究人員承認，這項工作將很復(fù)雜，可能需要多年時間。

廣州生物醫(yī)學(xué)與健康研究院的資深作者Miguel Esteban在新聞稿中表示：“因為器官不僅僅由一個細胞譜系組成，為了擁有一個所有結(jié)構(gòu)都來自人類的細胞，我們可能需要以一種更復(fù)雜的方式來設(shè)計工程豬，無疑這樣會帶來了更多的挑戰(zhàn)。”