用动物培养人体器官初获进展

啮齿类动物的嵌合体实验，如这种小鼠胚胎含有大鼠心脏细胞。资料来源:贝尔蒙特实验室

由于长期缺乏人体器官，研究人员把目光转向了农场里的动物。几家生物技术公司正在对猪进行基因工程改造，以使它们的器官与人体更加相容。然而，一些科学家正在寻找一个完全不同的解决方案——从猪、羊或其他动物身上培育完整的人体器官，然后收获这些器官进行移植。

这个想法在生物学上令人生畏，在伦理上令人担忧。但是一些研究小组正在克服一个关键的障碍——允许一个物种的干细胞在另一个物种的胚胎中茁壮成长。

几天前，一个美国组织在一份预印稿中报道，他们已经从猴子胚胎中培育出了黑猩猩干细胞。日本新放宽的法规鼓励研究人员进行实验，以提高啮齿动物和猪胚胎中人类细胞的存活率。

俄亥俄州克利夫兰的生物伦理学家因索·赫恩说，这项研究是负责任地进行的。像新的黑猩猩-猴子嵌合体这样的努力代表着“向前迈出的一小步，科学家在工作的同时收集数据”他说，“我认为这是一个明智的举动。”

最后，研究人员设想将一个人的细胞重新编程到其最初的发育状态，这样就可以形成大多数组织，并且这些诱导多能干细胞可以被注射到另一个物种的胚胎中。胚胎将被植入*动物的子宫，并作为器官捐献者发育成正常大小。

诱导多能干细胞可以来自等待移植的人体。另一种潜在的更快、更便宜的方法是让人体器官提前从其他捐赠者的细胞中生长出来，以匹配关键的免疫信号蛋白，从而防止排斥。

到目前为止，这个想法只是以啮齿动物为模型。2010年，东京大学的干细胞生物学家中口弘光和他的团队报告说，老鼠的胰腺在不能形成自己胰腺的老鼠体内生长。2017年，Nakauchi和他的同事通过移植老鼠体内的胰腺组织治愈了老鼠的糖尿病。

然而，在啮齿动物身上取得的成功并没有反映在体型更大、进化关系更远的动物身上。

2017年，细胞生物学家吴俊和他的同事在加州圣地亚哥索尔克生物研究所的胡安·卡洛斯·伊皮苏亚·贝尔蒙特实验室报告说，他们将人类诱导多能干细胞注入猪胚胎，并将后者植入母猪体内。结果，大约一半的胎儿发育不良，生长缓慢。那些正常大小的胎儿在怀孕一个月后只携带少量人类细胞。

吴目前在达拉斯德克萨斯大学西南医学中心工作，他在实验室的培养皿中探索了人类干细胞如何与非人灵长类动物、大鼠、小鼠、绵羊和牛的干细胞相互作用。他发现了他所说的“一个非常令人兴奋的现象:不同物种细胞之间的竞争”

人类细胞经常在与远处的动物细胞竞争时死亡。研究小组目前正试图理解这一机制。“我认为我们就要找到答案了。”吴说。

然而，竞争不是唯一的问题。灵长类诱导多能干细胞也比早期成功嵌合实验中使用的“原始”啮齿类干细胞更先进。结果，它们在嵌合胚胎中存活的可能性更小，Nakauchi说，并补充说他在加州帕洛阿尔托的斯坦福大学也有一个实验室。

为了帮助灵长类IPS细胞茁壮成长，他的团队和斯坦福大学的合作者给了这些细胞一个防止它们死亡的基因。在最近报道的一项实验中，他们测试了一种近亲灵长类动物胚胎中的修饰细胞的性能。

为了避免引起伦理问题，研究小组决定不使用人类诱导多能干细胞。

在这项研究中，中口的团队改造了人类近亲黑猩猩的诱导多能干细胞，并将其植入恒河猴胚胎。科学家发现，与未修饰的黑猩猩诱导多能干细胞相比，具有存活促进基因的诱导多能干细胞在植入5天大的猴胚胎后更有可能存活2天。

中渊说，将猴胚胎在培养皿中存活超过一周是很困难的，但是他的团队计划“在不久的将来”将嵌合体植入恒河猴的子宫

中渊还向日本*委员会提交了一份提案，建议将促进生存的基因植入人类干细胞，并将其注射到小鼠、大鼠和猪的胚胎中，而不是非人灵长类动物的胚胎中。研究人员希望，像早期的啮齿动物实验一样，人类细胞将开始形成缺失的胰腺。

他的团队将把胚胎植入代理动物体内，并在学期前取出进行研究。这些提议是对日本新法规的初步测试。今年3月，日本解除了对培育人-动物嵌合体或将它们植入子宫超过14天的全面禁令。

其他团队正在研究嵌合干细胞的不同“配方”。今年一月，耶鲁大学和康涅狄格州汉姆登市的阿希恩研究基金会的一个团队描述了用化学物质培养猴子诱导多能性生殖细胞的过程。今年4月，耶鲁大学干细胞生物学家亚历杭德罗·德·洛杉矶报道说，这项技术已经在人类诱导多能干细胞的基因表达中引起了类似的变化。他正在考虑测试这些细胞如何在小鼠或其他非人类胚胎中存活。

但是这些工作在美国面临障碍。(赵茜·Xi)

《中国科学日报》(2019-07-11第二版国际版)