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2013年7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。
在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。