發(fā)布日期：2019-07-15
本報訊 由于人類器官的長期短缺，研究人員把目光轉(zhuǎn)向農(nóng)場里的動物。幾家生物技術(shù)公司正在對豬進行基因工程改造，旨在使它們的器官與人體更加相容。然而一些科學(xué)家正在尋求一種完全不同的解決方案——在豬、羊或其他動物身上培育完整的人體器官，然后再收獲這些器官用于移植。
這個想法在生物學(xué)上令人生畏，在倫理上也令人擔(dān)憂。但一些研究小組正在攻克一個關(guān)鍵的障礙——讓一個物種的干細胞在另一個物種的胚胎中茁壯成長。
日前，一個美國組織在一份預(yù)印本中報告說，他們已經(jīng)在猴子胚胎中培育出黑猩猩干細胞。而日本最新放寬的法規(guī)鼓勵研究人員開展實驗，提高嚙齒動物和豬胚胎中人類細胞的存活率。
美國俄亥俄州克利夫蘭凱斯西儲大學(xué)生物倫理學(xué)家Insoo Hyun表示，這項研究正在負責(zé)任地進行。新的黑猩猩—猴子嵌合體等努力代表著“向前邁出的小步，科學(xué)家在一邊工作一邊收集數(shù)據(jù)”。他說，“我認為這是一種明智的做法。”
最終，研究人員設(shè)想將一個人的細胞重新編程，使其處于原始發(fā)育狀態(tài)，從而可以形成大多數(shù)組織，并將這些誘導(dǎo)多能干（IPS）細胞注入另一個物種的胚胎中。胚胎將被植入一個代孕動物的子宮內(nèi)，并允許其作為一個器官供體發(fā)育至正常大小。
IPS細胞可以來自等待移植的人體。而另一種潛在的更快、更便宜的方式是人類器官可以提前從其他捐贈者的細胞中生長出來，與關(guān)鍵的免疫信號蛋白相匹配，從而防止排斥反應(yīng)。
迄今為止，這一想法只在嚙齒類動物身上進行了建模。2010年，東京大學(xué)干細胞生物學(xué)家Hiromitsu Nakauchi和他的團隊報告說，在無法形成自身胰腺的小鼠體內(nèi)正在生長大鼠胰腺。2017年，Nakauchi及其同事通過移植生長在大鼠體內(nèi)的能夠產(chǎn)生胰島素的小鼠胰腺組織治愈了小鼠的糖尿病。
然而，在嚙齒類動物身上取得的成功卻沒有在體型較大和進化關(guān)系較遠的動物中體現(xiàn)出來。
2017年，細胞生物學(xué)家Jun Wu和他的同事在加利福尼亞州圣地亞哥市索爾克生物學(xué)研究所的Juan Carlos Izpisua Belmonte實驗室報告稱，他們把人類IPS細胞注射進豬胚胎，并將后者植入母豬體內(nèi)，結(jié)果大約一半的胎兒發(fā)育不良且生長緩慢。而那些正常大小的胎兒在妊娠1個月后便只攜帶有很少的人類細胞了。
目前就職于達拉斯市得克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心的Wu，已經(jīng)在實驗室的培養(yǎng)皿中探索了人類干細胞如何與非人靈長類動物、大鼠、小鼠、綿羊和奶牛的干細胞相互作用。他發(fā)現(xiàn)了一個被其稱之為“非常令人興奮的現(xiàn)象：不同物種細胞之間的競爭”。
與親緣關(guān)系較遠的動物細胞競爭時，人類細胞往往會死亡，研究小組目前正試圖了解這一機制。“我想我們已經(jīng)快找到答案了。”Wu說。
然而競爭并不是唯一的問題。靈長類動物的IPS細胞也比早期成功的嵌合體實驗中使用的“原始”嚙齒類動物干細胞發(fā)育得更先進。因此，它們在嵌合胚胎中存活的可能性更小，Nakauchi說，他在加利福尼亞州帕洛阿爾托市斯坦福大學(xué)也有一個實驗室。
為了幫助靈長類動物的IPS細胞茁壯成長，他在斯坦福大學(xué)的團隊與合作者給這些細胞賦予了一種防止其死亡的基因。在日前報道的實驗中，他們測試了這種經(jīng)過修飾的細胞在一種親緣關(guān)系很近的靈長類動物胚胎中的表現(xiàn)。
為了避免引起倫理上的擔(dān)憂，研究小組決定不使用人類IPS細胞。
在這項研究中，Nakauchi的團隊改造了人類近親黑猩猩的IPS細胞，并將其植入恒河猴的胚胎中?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，與未經(jīng)修飾的黑猩猩IPS細胞相比，帶有促進生存基因的IPS細胞更有可能在植入5天大的猴子胚胎的兩天后存活。
Nakauchi說，很難讓一個猴子胚胎在培養(yǎng)皿中存活超過1周，但他的團隊計劃在“不久的將來”將嵌合體植入恒河猴的子宮。
Nakauchi還向一個日本政府委員會提交了一份提案，要求將促進生存的基因植入人類干細胞，并將其注射到小鼠、大鼠和豬胚胎中——而不是非人類靈長類動物胚胎。研究人員希望就像早期嚙齒類動物實驗一樣，人類細胞將開始形成缺失的胰腺。
他的團隊將把胚胎植入代孕動物體內(nèi)，并在足月前將其取出進行研究。這些提議是對日本新法規(guī)的初步檢驗。今年3月，日本解除了一項完全禁止超過14天培養(yǎng)人獸嵌合體或?qū)⑵渲踩胱訉m的禁令。
其他團隊正在研究適合嵌合體干細胞的不同“配方”。今年1月，耶魯大學(xué)和康涅狄格州哈姆登的Axion研究基金會的一個團隊描述了用化學(xué)物質(zhì)培養(yǎng)猴子IPS細胞的過程。今年4月，耶魯大學(xué)干細胞生物學(xué)家Alejandro De Los Angeles報告稱，這項技術(shù)促使人類IPS細胞的基因表達發(fā)生了類似變化。他正在考慮測試這些細胞在老鼠或其他非人類胚胎中是如何存活的。
但這些工作在美國都面臨障礙。（趙熙熙）
《中國科學(xué)報》 (2019-07-11 第2版 國際)來源：中國科學(xué)報
