2015年11月8日 星期日

在豬體內生長人類器官


突破性實驗開始在動物宿主體內生長個人化器官



古老的神化話中崁合動物是怪物獅子蛇及山羊綜合體,我們可能很快地會有某些東西幾乎讓人吃驚,一個小組的生物學家正以某種方式在豬體內生長整個人類器官,目標是在動物宿主體內複製腎臟,如果某個人需要器官移植。建立出器官農場的實驗已經在日本豬、小鼠及大鼠體內進行,到目前為止,管理辦法已經讓下一階段變得不可能,即使用人類幹細胞作出人類 - 動物嵌合體,但是在20137月,日本政府宣布新的管理規則讓弘光中內(Horomitsu Nakauchi)與他的小組在東京大學生長部分為人類的動物。



「我們已經準備好進行實驗,」中內說,在表面上他的觀念十分簡單,他將生產一種豬缺乏他要來發展農場的器官〈例如腎臟〉,另外,他將獲得人類「誘發性多能幹細胞」(induced pluriptent stem cells, iPS),能發育成體內任何種類的細胞,當人類誘發性多能幹細胞注射到缺乏腎臟的豬早期胚胎〈一個囊胚〉,它們會與豬自身的細胞混合,所有器官最終含有豬及人細胞的混合物,所有組織(除了腎臟之外)都是純粹人類,希望是腎臟將會被病人身體接受,帶著很少或沒有所需的免疫系統抑制。



2010年及2013間經過一連串劃時代的實驗之後,中內已經獲得系統的每一個元素可在小鼠體內運作,某些元素已經轉移至豬,研究人員相信對於人類器官而言那是最適當的宿主,因為他們的器官與我們的是大約相同大小及形狀。研究人連絡新科家期刊說對於中內系統最大的障礙之一,是在目標人類器官內存在失散的豬細胞,「所有器官都是含有複雜的混合細胞種類。」牛津大學幹細胞科學家保羅‧費爾蔡爾(Paul Fairchild)說,在豬胰臟裡剔除胰臟細胞仍然留下血管,如果這些器官移植入人體,它們可會啟動免疫反應排斥器官,費爾蔡爾說。



中內告訴新科學家有關未發表的實驗,其宣稱已經解決了問題,他已經用工程方法製造出小鼠,不能生長他們自身的靜脈及動脈以及胰臟,「結合兩種不同的突變,我們應該能製造出一種器官,並非只是器官但是也是血管來自人類iPS細胞」中內說,「由於含有豬細胞,因此我們如今能避免免疫排斥。」



「如果中內已經做到這些,則影響非常巨大。」美國西雅圖華盛頓大學心臟血管幹細胞科學家查爾斯‧穆瑞(Charles Murry)說,「其有潛能革命了移植醫學並保證一代生物倫學家的職業。」「血管的排斥是危害固體器官移植的原因,以及是大部分心臟及腎臟在第一年後失敗的理由」他說。



在最後的目標在可以預見之內,中內需要採取幾個步驟他的工作保證研究符合全世界的倫理標準美國的指引例如允許人類 - 動物崁合體他們不長時間繁殖,而人類細胞並不對大腦造成一個主要的有組織方式,」指引反應出對繁殖動物一般人的關切,那有人類元素在它們的精子及卵大腦眼睛及皮膚(Nature, doi.org/b2kt73)在新加波醫學生物研究所的發生生物學家戴弗‧蘇特(Davor Solter)說,關切是可笑的並指出大腦構造〈而非個別細胞〉讓我們的大腦非常獨特,「人類大腦細胞在小鼠大腦裡是做小鼠大腦所做事它們並未攜帶人類思想



然而,中內說他發現一種方式預防iPS變成大腦或生殖細胞,他的小組已經藉加入一個基因控制牠們的分化來扭曲小鼠iPS細胞,強迫牠們只形成某些器官,該扭曲的細胞不能發育成精子、卵、大腦細胞、皮膚或眼睛,這個研究準備發表,如果能在人類細胞複製的話,在美國就能使其研究清楚地進行,「假使有足夠資源及決心,如果在小鼠中真能有效,在豬中一定可行。」莫瑞說。



中內小組的下一步是證明豬 - 人崁合體可以存活到目前為止他們有小鼠及大鼠的混合細胞向前進行可能是最大的挑戰我懷疑由豬囊胚與人類iPS細胞的胚胎是可行的,」蘇特說,他指出雖然小鼠 - 小鼠崁合體成功地發育至成體,大部分中內的大鼠 - 小鼠崁合體不能存活,他說在兩個種之間演化距離越大,他們的崁合體存活機率越小。為何如此仍然不清楚,蘇特指出豬囊胚十分巨大及「怪異」,他們生長成為10 cm長條,含有成千上百個細胞,兄弟囊胚在子宮裡彼此包在一起,相反地,人類囊胚是大約五分之一mm長並含有150個細胞,「我認為這兩種構造最不可能相容,人類細胞將分裂豬囊胚的型態而其將流產。



中內說對於器官收穫而言,如果豬 - 人崁合體並非最佳動物,猴子 - 人類崁合體可能有效,在同時,他已經進一步採取步驟測試這種模式:他的小組已經開始工作,在小鼠囊胚注射人類iPS細胞,來看這崁合體的命運如何,到目前為止,管理當局表示中內在兩個星期後已經摧毀很多細胞,最近日本指引的改變表示他可能快速地複試實驗,但是此次是植入囊胚進入雌體並視其發育為何。