Cell：干细胞里程碑！科学家首次培育出人猪嵌合体胚胎

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Cell：干细胞里程碑！科学家首次培育出人猪嵌合体胚胎: [7 ~! l3 Z9 c5 ~9 Z
来源:生物探索 / 作者: / 2017-02-07
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论文发表后，包括 Science、MIT Technology Review、The-scientist 等网站纷纷报道了这一研究成果。该研究的通讯作者 Juan Carlos Izpisua Belmonte 表示，这是干细胞研究领域的一个里程碑。该研究的最终目标是在动物体内培育出可供移植的人类细胞、组织和器官。$ E) t8 s' E5 Y# |
培育嵌合体胚胎分为两个阶段。首先，利用 CRISPR 技术删除猪胚胎内形成器官的关键基因，创造遗传 “空位”；其次，把人类诱导多能干细胞注入猪胚胎内。
/ m( n& [0 G4 m具体来说，研究人员将人类诱导多能干细胞（一种重编程的成人细胞，重新获得了胚胎干细胞的特征）与猪的胚胎相结合，然后将这些嵌合体胚胎植入代孕母猪体内后，让这些胚胎发育仅 3 周或 4 周，以检查是否人类细胞发挥了作用。
9 G) c# ^0 C9 A4 ^1 [研究小组将超过 2000 个人猪嵌合体胚胎植入到 41 只代孕母猪体内，一个月后，有 186 个胚胎存活。然而，许多胚胎远小于正常胚胎，似乎长得更慢。
9 x3 z' W6 M# v+ }/ [3 @0 R' ?2 X7 g事实上，科学家们使用了 3 种不同状态的诱导多能干细胞。结果显示，中间态多能干细胞（intermediate hPSC）最适合形成嵌合体。在新华社的报道中，该研究的第一作者 Jun Wu 称，不同状态的诱导多能干细胞在猪胚胎中形成 “不等程度的嵌合”，但其总体比例较低。“我猜测每 10 万个猪细胞中可能只有不到 1 个人类细胞。” 他说。+ X5 ~9 P: E9 ~! P8 F7 x5 i
The-scientist 网站的报道也表示，即便是利用这些中间态的多能干细胞，最终整合到猪胚胎中的人类细胞数量并不是非常高，且很多嵌合体胚胎并未充分发育。不过，研究人员确实看到了一些人类干细胞转化为了肌肉细胞，以及一些器官（包括胰腺和肝脏）的前体细胞。
) J9 n" U! |3 s/ l. Z简单来说，上述研究中涉及的技术是将来自一个物种的多能干细胞与另一物种的早期胚胎相结合，目标是创建一个拥有来自两个物种的细胞混合物（即一个嵌合体）的动物。科学家们正尝试物种之间的交叉，以期开发出新的器官来源。8 ]2 I8 O5 }$ l1 D' t% w) r
1 月 25 日，发表在 Nature 杂志上题为 “Interspecies organogenesis generates autologous functional islets” 的研究中，来自斯坦福大学的研究小组报道称，他们在大鼠中长出了小鼠胰腺，并且将该胰腺移植到患病小鼠中后成功逆转了糖尿病。/ n( L- I! F0 k- T6 w, p
事实上，发表在 Cell 上的这一研究中，Belmonte 的研究小组也证明了他们能够 “嵌合” 大鼠和小鼠。为了给供体细胞提供更好的存活机会，Belmonte 和 Jun Wu 利用基因编辑技术 CRISPR“修改”小鼠的胚胎，从而使小鼠发育胰腺、心脏或眼睛所需的特定基因失活。缺乏这些基因的小鼠通常会死亡或者生出来是畸形的。但是，如果在这种情况下加入来自大鼠的胚胎细胞，它们将补充缺失的小鼠细胞和器官。科学家们希望相同的思路能够用于培育人类器官：在猪或羊等动物体内，引导人类细胞发育成特定的器官，如肾脏。$ F; U0 r% Z: O- R+ G# |- ~9 Z; B% H
Belmonte 团队尝试过制造大鼠 - 猪嵌合体，但并未取得成功，因为这两个物种太不同了。随后，研究者们开始转向将人类干细胞与奶牛和猪的胚胎结合。因为这些物种之间有着相对相似的器官大小。虽然他们也成功创建了人 - 奶牛嵌合体胚胎，但他们最终选择了猪进行后续的实验。因为与牛相比，猪更易于使用，且更加便宜。
3 c( e1 a1 p& {4 O作者们称，有多个原因可以解释为什么人 - 猪实验不像小鼠 - 大鼠实验那样好实现。一方面，猪与人类的 “关系” 要比大鼠与小鼠之间更远；另一方面，大鼠与小鼠之间具有更相似的妊娠期（只相差几天），而猪与人的妊娠期相差 5 个多月。
: g% P) R* E( e( R1 C# o8 uWu 表示，还有一个可能的原因是 “时机” 问题。你可以想象，当人体细胞进入了充满猪胚胎细胞的 “高速公路”，它们的速度是人类细胞的 3 倍，那人类细胞必须调整“速度”，找准进入“高速公路” 的时机，才不会造成任何“事故”。
9 N; F1 \7 e/ `5 X; n4 h1 月 26 日，Science 网站针对这一研究的报道称，该研究中的人兽嵌合体生长得并不好，只有少量的人类细胞存活了下来。哈佛干细胞研究所的 Joe Zhou 表示，这些障碍并不让人意外。“尽管存在非常严重的技术挑战，但我是非常乐观的。我认为这一路径是有前途的。” 他说。0 N2 |6 k3 F" E* l2 ?/ \
每年，有数以万计的人在等待器官移植的过程中失去生命。科学家们希望能够通过在其它动物中培育人体器官，以克服移植器官短缺的问题。研究人员表示，现在离最终产生移植器官的目标还很遥远。但他们也指出了嵌合体胚胎的其它潜在用途，如作为研究人类发育和疾病的平台，或者用于评估潜在的疗法。; @3 }, X' J6 G, t) ]' _
MIT Technology Review 网站曾在去年报道过类似的人兽嵌合体成果。因为伦理和安全问题，这类研究一直备受关注和争议。因担心会产生意想不到的结果，如形成拥有太人性化大脑的猪，美国 NIH 在 2015 年暂停了对这类工作的资助。不过，在举行了一个关于科学和伦理问题的研讨会后，该机构在 2016 年 8 月称，它计划在今年 1 月解除这一 “禁令”。
- {2 T( b) r! @' x" y# q$ X. U事实上，解除 “禁令” 的新政策遭到了很多人的反对。NIH 收到的大量来信抱怨这是在花纳税人的钱资助模糊人类与非人类动物界限的研究。据《科学》杂志的报道称，具体解除禁令的决定还未宣布，不知道新的特朗普政府是否会影响 NIH 在这一问题上的立场。6 c, k0 }" [. N; i0 E
NIH 的科学政策办公室主任 Carrie Wolinetz 表示，他们还没有最后确定新政策的具体发布时间。一些人预计，这一政策会遭到特朗普总统的反对。Wolinetz 说：“我们还没有与新一届的政府就这一问题进行对话。”
1 W4 _$ P6 W. J. T: t+ f6 P2 i' x对于这类研究存在的伦理问题，Belmonte 表示认同。他说：“但我们在实验室中也有方法能够预防相关担忧的发生。” 研究人员在人猪嵌合体胚胎发育 21 天至 28 天时，中止了猪的怀孕，这相当于人类怀孕 8 周到 10 周，此时组织器官处于形成的极早期。$ _: p7 Z: B& b- r3 X* Z/ w
Interspecies chimerism with mammalian pluripotent stem cells" {& r- q3 _6 S0 v+ P; \: f+ M

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关键是决定干细胞分化的关键基因/开关还没找到，也就无法真正阻滞猪器官的形成。需要基础研究上的大突破。