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MIT:人兽嵌合体登上美国农场,器官定制与外界零距离接触

导读
日前,在《Science》的2016年20大技术预测中,人类嵌合体的研究被列入其中,预测指出将人类细胞注入动物胚胎的计划可能会得到美国的批准。美国时间1月6日,MIT阐述了美国人兽嵌合体的研究现状:美国研究人员已将人兽嵌合体孕育在农场动物体内。

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日前,在《Science》的2016年20大技术预测中,人类嵌合体的研究被列入其中,预测指出将人类细胞注入动物胚胎的计划可能会得到美国的批准。美国时间1月6日,MIT阐述了美国人兽嵌合体的研究现状:美国研究人员已将人兽嵌合体孕育在农场动物体内。

美国NIH明确资助禁令,但研究人员对人兽嵌合体的研究仍不止

尽管面临美国顶级健康机构资助禁令的压力,美国研究人员仍试图在猪、羊体内培育人类组织,以创造心脏、肝或其他组织用于器官移植。在农场动物体内培育器官在伦理上是有争议的,因为它涉及到将人体细胞添加至动物的胚胎中,这种做法使物种之间的界限变得模糊。人类与动物的混合物来源于在动物早期胚胎中注入人类干细胞,并在雌性动物中孕育。

去年九月份,美国早期政策得到了一些逆转,美国国立卫生研究院宣布将不再支持涉及“人兽嵌合体”的研究,直到它有更加密切的科学和社会意义。该机构在一份声明中表达他们担心如果动物拥有人类的脑细胞将可能改变它们的“认知状态”。在获知科学家们从加利福尼亚干细胞库等机构获得资助资金后,NIH采取了行动。

因为嵌合体可以为有需要的患者提供一些新的器官来源,并有可能带来一些新的发现,研究人员表示他们将不顾NIH的立场勇往直前。去年11月份,明尼苏达大学嵌合体项目的引领者心脏病专家Daniel Garry与其他10为专家联合发表了一封公开信,批评NIH为他们的工作“蒙上一层阴影”,对他们所取得的进步造成威胁。

令人担忧的是,动物可能会变得过于人性,它们带有人类的生殖细胞,长着人类的头发,甚至拥有人类的高智商。在NIH的11月份会议上,伦理学家David Resnik说,“我们不是生活在人魔岛上,但科学的快速发展让这种趋势变得越来越严峻,倘若实验室中的老鼠大喊‘我想出去’,那么对人类来说这将很麻烦。”

基于三个研究团队的采访结果(两组来自加州,一组来自明尼苏达州),MIT估计尽管到目前为止,没有任何出版任何论文来描述这些研究成果,美国在过去的12个月中大约有20例人猪或人羊嵌合体。

在实验室中,培育拥有人类器官的猪/羊

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人兽嵌合体试验依靠尖端的融合技术,包括近期在干细胞生物学和基因编辑获得的重大突破。通过修改基因,如今科学家们可以很容易地改变猪或羊的胚胎基因,从而可在遗传学上形成特定的组织。通过添加人类干细胞,科学们希望能在动物体内培育出可用于器官移植的人类组织。

让没有心脏的猪正常发育

去年11月份,在NIH的要求下,研究人员们在Maryland大学公开了他们的研究成果。其中来自美国Salk研究所的Juan Carlos Izpisua Belmonte教授展示了未发表的十几个包含人类细胞的猪胚胎,另外来自明尼苏达大学的研究人员展示了胎龄为62天的猪胎,这些猪胎中包含了人类细胞,似乎可逆转先天性视力缺陷。

明尼苏达大学Daniel Garry说,“我们可以让动物没有心脏,我们曾设计缺乏骨骼肌和血管的猪”,虽然这些猪不能养活,但如果添加正常猪胚胎的细胞,这些没有心脏的猪将可正常发育。Garry说通过这种方式他们已经融合了两头猪,且最近获得了美国军队140万美元的资助资金(美国军队会资助一些生物医学的研究,试图在猪身上培育人类心脏)。

科学家利用自己的血液来进行人兽嵌合体的研究

斯坦福大学干细胞生物学家Hiromitsu Nakauchi于今年开始进行人羊嵌合体的研究。他说,“到目前为止,人类细胞对动物体的贡献似乎相对较小,如果0.5%的人类细胞对动物身体有作用,那么将可使猪会思考或羊会站起来,但如果这种作用程度达40%,那么我们必须对它做点什么了。”

其他类型的人兽嵌合体已经广泛应用于科学研究中,包括被赋予人类免疫系统的“人源化”老鼠,这种动物是在老鼠出生后添加少量人类胚胎中(流产后收集)的肝脏和胸腺而形成。

这些新型研究将进一步进行,它涉及到将人类细胞添加到动物最早期的胚胎中,最早期的胚胎还属于实验室中的球体细胞,这个过程被称为“胚胎互补”,且非常重要,因为人类细胞可以繁殖、分化,并可能促成动物体内的任何器官。

2010年,在日本工作期间,Nakauchi利用胚胎互补的方法来培育具有大鼠胰腺的小鼠,“如果在啮齿动物中可行,那么我们应该可以培育一只拥有人类心脏的猪。” Nakauchi是一位科学家明星,日本监管机构也逐渐批准他关于嵌合体——人猪的想法,2013年Nakauchi决定将研究转移至美国(美国对于嵌合体无联邦法律制约)。在加利福尼亚再生医学研究所600万美元的资助下,斯坦福大学招聘了Nakauchi。

然而,NIH的资助禁令对Nakauchi并没有影响,反而使研究人员在压力下更想解释他们的工作目的。上个月在Nakauchi 实验室,他展示了他的嵌合体研究成果,他打开了包含嵌合体孵化器的房间,由于人类肉眼无法看到早期胚胎,因此所有的房间配有专门的显微镜以注射人类细胞。

添加的人类细胞被称为诱导多能干细胞(iPS),由皮肤或血液化学重编程为多功能干细胞。Nakauchi说为了方便起见,他们放置动物胚胎内的大部分的诱导多能干细胞都来自他自己的血,因为招募志愿者需要太多的文书工作。“如果要注射到动物体内,需要一个特殊的应允,因此我尝试使用自己的诱导多能干细胞”,Nakauchi不好意思地说。

嵌合体一词来自希腊神话,由狮子、山羊和蛇组成。Nakauchi说最初人们将他创造的嵌合体视为怪物,但他相信如果能解释他的提议,人们的态度或许会改变。原因之一是,如果他的诱导多功能干细胞在动物体内发育,那么产生的组织将切切实实是他自己的,将完全与自己身上的器官匹配。急需器官移植的患者或有一天为嵌合体下单,并能在一年之内定制到自己的器官。他说,“从这方面来讲,我真的没有看到太大的社会风险”。

从实验室到农场,人兽嵌合体与外界零接触

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在此之前,科学家必须证明人类细胞能在动物体内有效繁殖并发育。这可能具有一定的挑战,与老鼠和小鼠不同(基因型相当密切),9000万年前人和猪拥有共同的祖先。“为了寻找答案,我们于2014年开始将人兽嵌合体在Davis农场动物中孕育”,加利福尼亚大学发育生物学家 Pablo Ross说。Ross表示他已与Salk研究所合作将6套人猪嵌合体移植到母猪体内, 并与Nakauchi合作使另外8或10个只孕育人羊嵌合体;且另外的36例猪移植在美国以外的地方进行。

Ross说,“尽管这些早期的努力并没有产生实际器官,但我们慢慢摸索出了生产人兽嵌合体的理想条件。”Davis农场在几个不同的伦理委员会评估后开始了研究,即使如此,Ross表示他们会谨慎行事并将动物的生长时间限制在28天,使猪胚胎只长到半英尺长,但足以检测人类细胞是否会发展为基本的器官。

Ross说,“我们不希望这些胚胎长到不必要的阶段,以避免带来更大的争议。我认为人类细胞的贡献将是最小的,也许是3%或5%;但如果对大脑的贡献作用达100%,那会出现怎样的后果?如果胚胎朝人的方向发展,又会出现什么结果?这些都是我们不想看到的,目前也还没有人做这样的试验,因此也不能排除这个可能。”

但动物获得人类意识的机会可能是很小的,因为的大脑构造与人类大有不同,且比人类的小得多。尽管如此,作为预防措施,嵌合体动物农场的研究人员还未允许任何人兽嵌合体出生,而是收集胎儿为人类细胞对动物体的贡献收集第一手信息。

文:生物探索

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