羊身上"长出"人器官?器官移植研究取得新突破

日期:2018-10-03/ 分类:娱乐资讯

  出品|网易科学人栏目组 小小

  在美国,超过11.4万名男性、女性和儿童正在等待器官移植。每天都有22个人在等待中死去。为了解决器官短缺问题,研究人员正努力利用病人自身的细胞按需培养器官,以消除寻找完美匹配供体的需求。

  但是,在实验室中培育出符合人体尺寸的替代器官仍然需要几十年时间。因此,有些科学家正在试验寻找自然和生命本身的界限,即用其他哺乳动物来培育人类细胞。今年早些时候,当科学家宣布他们培育出含有人类细胞的绵羊胚胎时,这项研究向前迈出了一大步。

图:这只羔羊正接受医护人员的注射

  加州大学戴维斯分校(University of California, Davis)副教授巴勃罗·罗斯博士(Pablo Ross)和他的同事,在绵羊胚胎发育的早期阶段就将人类干细胞引入胚胎中,并发现胚胎中每10000个细胞中就有1个是人类干细胞。与之前的实验相比,这是个巨大的进步。此前,他们使用猪胚胎进行培育,发现猪体内的人类干细胞为十万分之一。

  由此产生的嵌合体(早期胚胎的别称)只被允许发育28天。以报道生命科学重大突破为中心的在线杂志《Leapsmag》撰稿人卡伦·切斯勒(Caren Chesler)最近采访了罗斯,并探讨了他的最新研究。以下为采访摘要:

  切斯勒:你的目标是将来在动物身上培育出人体器官,用于器官移植。你的研究需要涉及哪些方面?

  罗斯:我们正把人的干细胞移植到动物胚胎中,大约在胚胎发育的第三到第五天移植。这个概念已经被证明在小鼠和大鼠之间有效。你可以在老鼠体内培养小鼠的胰腺,或者在小鼠体内培养老鼠的胰腺。为了使这种方法适用于人类,下一步是将这些细胞移植到更大的动物身上,使其产生适合人类大小的器官。

  这就是我们选择用猪和羊开始这项初步工作的理由,因为成年猪和羊的器官大小与成年人类相似。猪和羊的生长速度也非常快,所以它们可以在9到10个月的时间里从受精时的单个细胞长到成年大小(约100公斤重)。这比平均等待器官移植的时间要短得多。

  切斯勒:那么如何让动物长出你想要的器官呢?

  罗斯:首先,我们需要培育出没有与人类相似器官的动物。我们可以培育出羊或猪,它们不会长出自己的胰脏,这些动物可以充当培育人类胰腺的宿主。为了实现这个目标,我们需要将人类干细胞整合到胚胎中,以便培育出人类需要的器官。我们在猪身上所做的,以及最近在绵羊身上进行的试验,正在测试不同类型的干细胞,并将它们植入发育3到5天的早期胚胎中。

  接着,我们把胚胎移植到代孕母猪或母羊体内,最后在胚胎发育到第28天时采集胚胎,那时大多数器官都已经预先形成。人体细胞对每个器官都很重要。但是在这样做的过程中,它们会与宿主生物竞争。因为这个过程发生在猪的胚胎里,猪的细胞将赢得每个器官的竞争。

  切斯勒:因为你没有注入足够的人体细胞吗?

  罗斯:并非如此,因为这是猪占主导的环境。作为宿主,猪基本上在发挥控制作用。这在老鼠和小鼠实验中也能看到,宿主总是赢得最终胜利。但是我们需要处于早期发育阶段的人类细胞,以便形成需要的器官,比如胰腺(在第25天左右发育),猪细胞不会对此产生回应,但如果在这个位置上有人类细胞,这些人类细胞就可以帮助形成胰腺。但如果这样的细胞不存在,它们就不会对形成器官产生作用。我们瞄准特定器官的方法是,排除有关该器官的竞争。

  切斯勒:如果你想让它长出胰腺,你就会用不会自己长出胰腺的胚胎。但是你不能控制其他细胞的去向。例如,你不希望它们进入动物的大脑或者性腺中,对吧?

  罗斯:你不会希望这些细胞赋予动物以任何人类特征的。但即使细胞进入大脑,也不会赋予动物人类的特征。有些人类细胞,即使存在于动物大脑中,也不能帮助其形成人类大脑。太多的细胞也可能是个问题,因为我们不知道阈值是多少。

  我们现在研究的目标是观察发育28天的胚胎,并评估发生了什么:人类细胞在那里吗?有多少?它们会进入大脑吗?如果会进入动物大脑,有多少会进入?这是不是个严重问题?如果我们发现太多的人类细胞进入大脑,那可能意味着我们不会继续这种方法。此时,我们无法控制它,但我们会分析它。

  切斯勒:还出现了什么其他伦理问题?

  罗斯:将人类特性赋予其他生物,这是最令人担忧的问题。我不想参与其中的争论,所以这就是我们要评估的。通过保持我们的研究处于非常早期的发育阶段,我们并没有创造出人类、类人生物或任何介于两者之间的东西。

  切斯勒:是什么引起了道德上的恐慌?是进化出人类特征的动物吗?

  罗斯:发育出人类特征的动物超出了人们所能接受的范围。我也有同感。但迄今为止,我们主要在大鼠和小鼠身上观察到的是,宿主动物支配着发育。当你把小鼠细胞放入老鼠体内时,即使它们是近亲,有时小鼠细胞甚至占老鼠体内30%的细胞,但结果它仍然老鼠。它依然保持着老鼠的典型体型、形状,器官大小也和老鼠差不多。即使胰腺完全由小鼠细胞构成,胰腺也是老鼠大小的,因为它在老鼠体内生长。

  这种情况甚至发生在许多不共享的器官上,比如胆囊,小鼠有胆囊器官,老鼠却没有。如果你把小鼠身上的细胞植入老鼠体内,后者也永远不会长出胆囊。但如果你把老鼠细胞放进小鼠体内,小鼠细胞最终会形成胆囊,即使那些老鼠细胞永远不会在小鼠体内形成胆囊。这就意味着,细胞结构是按照胚胎的方向发育的,包括它们的形成。

  基于这些观察,如果你把人类细胞放进绵羊胚胎中,我们就会得到携带人类细胞的绵羊。而胰腺器官将会是绵羊胰腺的大小和形状,但是它将会含有人类细胞,和那些提供用来产生干细胞的病人的细胞完全相同。但是,如果通过这样做,动物获得了与人类相关的功能或解剖学特征,我无法接受。

  切斯勒:所以你认为这些担忧是合理的?

  罗斯:绝对如此,这些问题需要考虑。但有时提出这些担忧,我们就会阻碍技术的发展。我们需要考虑这些问题,但必须全面评估它们,以确定它们是否在科学上是合理的。因为当我们必须考虑做这件事的伦理时,我们也需要考虑不做这件事的伦理。在美国,每天都有22人因为没有可移植的器官而死亡。这种短缺仅靠捐赠是无法解决的,这是显而易见的。当人们因年老而死时,他们的器官就不再是好的了。

  自从器官移植取得成功以来,需要器官的人数始终在增加。虽然可用器官的数量也有所增加,但增长速度要缓慢得多。我们需要找到替代选择,我认为在动物体内培育器官就是其中一种可用方案。

  切斯勒:现在,美国国家卫生研究院(NIH)的资金暂停发放?

  罗斯:是的。这只是一家机构,但它碰巧是最大的生物医学资金来源。我们有来自加州再生医学研究所提供的公共资金支持,我的同事也有国防部资金扶持。可以说,如果没有国家卫生研究院的资助,这项研究就不会在这里发生。它可能发生在其他地方,比如中国。

  切斯勒:美国有多少研究是由国家卫生研究院资助的?

  罗斯:可能超过75%。

  切斯勒:那么,解除这一禁令将对那些需要新器官的人产生什么样的影响?

  罗斯:我想会有很大的影响。禁令不仅阻止人们寻求资金来推进这一领域的研究,它还影响了其他的资金来源。他们会认为,如果国家卫生研究院都不支持,我们为什么要资助呢?它阻碍了技术进步。

  切斯勒:那么,有了这项禁令,我们还要多久才能真正在动物体内培育出人类器官呢?

  罗斯:不管有没有禁令,我都无法给出准确的估计。到目前为止,我们所知道的是人类细胞对动物胚胎的贡献不大。我们不知道为什么。对于我们可以测试的东西,我们有很多好的想法,但我们现在无法前进,因为我们没有资金。或者我们正取得进展,但非常缓慢。在开发这些技术方面,我们刚刚触及皮毛。

  我们仍然需要在理解不同物种如何相互作用,以及人类细胞如何参与其他物种发育方面取得重大飞跃。我无法预测我们什么时候会到达那个点,但可以肯定地说,没有国家卫生研究院的资助,这种未来是不会实现的。它可能在其他地方发生,比如中国。我认为很重要的一点是,这是个非常早期的胚胎发育阶段,它不应该被展示给那些需要器官的人,因为给绝望的人以虚假的希望更为残酷。

  切斯勒:所以5到10年的预测是不现实的。

  罗斯:我想需要更长的时间。如果我们现在有一种可以阻止心脏病发作的药物,它可能需要5到10年才能上市。而在器官移植领域,你会看到一个更复杂的系统,也许在20-25年才能实现。 相关新闻 海豚尿液发现特殊化学物 或导致生殖器官变异生长2018-09-11 08:37 科学家发现一个人体新器官Interstitium2018-03-29 08:52 科学家发现人体新器官:遍布全身,充当内置"减震器"2018-03-29 08:39 麻省理工学院“人体芯片”:模拟器官对药物反应2018-03-17 09:09 世界首个模拟发电细胞“电器官”问世2017-12-14 09:41 责编:李文瑶 分享: 推荐阅读 加载更多 环球网简介| About huanqiu.com| 网站地图| 诚聘英才| 广告服务| 联系方式| 隐私政策| 服务条款| 意见反馈 #adP-Bot-right-float{ position: fixed; bottom: 0px; right: 0px;width: 336px; height: 280px; z-index: 2147483649; } #adP-Bot-right-float ins { z-index: 1000!important; } #adP-Bot-right-float .ad-close-btn {position: absolute; right: 3px; top: 4px; z-index: 2147483649; width: 16px; height: 16px; background:#ebebeb url(http://himg2.huanqiu.com/attach/ad/close.png) center no-repeat; cursor: pointer; }