乐活--华人女科学家改造“器官移植安全猪“:猪肾脏将首次移植到人类体内?

[一种生活]华人女科学家改造“器官移植安全猪“:猪肾脏将首次移植到人类体内?
喷嚏小乖 发布于 2020-1-5 11:40:00

来源:CC周刊

 

 

文/汪晓青  (访美 生物学者)




01
风口上的猪器官异种移植

 

一只患癌症的狒狒成功移植了一头猪身上的心脏。这颗心脏在狒狒的身上跳动了195天。这支德国研究团队进行的这项具有里程碑意义的研究证实,动物可以依赖另一物种的心脏存活。这项研究使人类距离异种移植这种科幻小说般的情节又进了一步。



月前,英国媒体发布的消息声称,40年前实施了英国第一例心脏移植手术的特伦斯·英格利希(Terence English)医生表示,他的团队正在和美国亚拉巴马大学的团队,完成世界上首例猪与人之间的肾脏移植手术。如果这例手术成功,将为更加复杂的器官移植打开大门。英格利希预计,首例猪心脏对人类的异体移植手术有可能在一年后实现。



 



 

这位87岁的老人坚信“异种器官移植”(xenotransplantation)可以为动物-----人体器官移植铺平道路。“如果异种器官移植的结果令人满意,那么猪心脏很可能在1至2年内在人类身上得到良好的效果。” 英格利希说,如果肾脏移植可行,那么心脏移植也将起作用。“这将彻底改变动物-人类器官移植的难题。”

 

将动物器官移植到人身上代替病变的人体器官,这种治疗方式叫做异种移植。长期以来,科学家们一直寻求用它来解决人体移植器官供应不足的问题,经过筛选后,猪,被认为尤其适合充当人体器官供体,因为其新陈代谢方式与人体相似,器官大小也基本一致。



但这个设想实现起来依旧很复杂,早期主要障碍是排异反应,后期则是猪病毒传染的危险。这两个问题在全器官异种移植时特别明显。



所谓全器官异种移植,通俗的说,就是直接用猪的某一个器官来替换无法正常工作的人类器官,它有别于医学界已相对成熟的一种技术,即使用经过消毒的猪组织,例如心脏瓣膜和角膜移植组织,做器官某些部分的异种移植。



伦敦大学学院和伦敦皇家免费国民保健制度信托基金会移植服务处的外科科学和低温医学教授巴里·富勒说:“用动物器官进行移植来克服器官短缺困难的可能性已经讨论了几十年,但始终未成为现实,原因是人体由于多重和强烈的免疫反应而显著排斥动物器官移植组织。科学家研发出了理论上可以减轻这种强烈免疫反应的转基因猪,但即便如此也仍存在一些难题。”



半年前,科学家在克服异种移植免疫反应方面取得了突破。来自慕尼黑的心脏外科医生布鲁诺·赖夏特和兽医埃克哈特·沃尔夫领导的一个研究团队,在英国《自然》杂志上公布了他们的一项实验研究结果,他们首先借助新技术,对猪心脏进行了基因修改,目的是抑制未来人体移植后可能出现的排异反应,然后将这些猪心脏植入狒狒体内。结果,五只进行试验的狒狒中有4只在90天试验结束时仍保持健康,其中两只分别存活了195天和182天。据称,接受移植的狒狒心脏和肝功能正常,也没有出现排异反应。不过其中一只在接受移植后第51天死于血栓症。



在本次试验中,研究团队选择了一种新的移植方式。与以往冰冻心脏不同,此次研究人员将取出的猪心脏接入了一个8摄氏度的人造血液循环系统,以使其在术前和术中一直处于有氧状态。同时,研究团队在移植手术中还将狒狒的血压降至一般的猪血压水平,目的是保护被移植的猪心脏。







研究人员说,试验的总体结果可以说是通往人体移植猪心脏道路上的一座里程碑。



2000年,国际心肺移植协会提出,一旦60%移植了猪心脏的灵长类动物能够存活3个月,并至少有一定迹象表明其可以存活更长时间,那么就考虑在人身上试用猪心脏。以前的研究只让更换过心脏的狒狒最多存活了57天,而这次实验总体上满足国际心肺学会用人展开临床试验的必要条件,标志着在人身上临床使用猪心脏迈出了重要一步。



今年,研究人员又在解决异种移植所必然面对的病毒跨物种生存和遗传问题上取得突破。这个问题通俗的说就是,动物本身有隐藏病毒基因,在器官移植后可能影响人体基因,引起特殊变化,包括增加过滤性病毒感染的风险。以非洲猪瘟为例,这种病毒只感染猪,是因为猪的特殊基因,造成体内血细胞吞噬了该病毒后就会发作,而其他动物因没有猪基因就不会感染发病,但是人体一旦移植猪心后,就可能会带有猪的基因,就会有受感染风险。还有一种情况是内源性逆转录病毒,即嵌在细胞内基因组的病毒,它们在猪身体里面不会有毒性,也不会引发疾病,但当猪细胞和人细胞接触时,这种病毒会从猪的基因组“跳”到人的基因组中。异种病毒传播最典型的例子就是艾滋病病毒从灵长类动物传播到人类,至今还没有彻底有效的医疗方法防御和清除艾滋病毒。



因此,猪基因组的内源性逆转录病毒成为人体移植利用猪器官面临的一个重大医疗风险问题。

 

02

猪器官移植到人体内会发生猪瘟?

 

事实上,上世纪90年代,猪器官移植项目曾一度在全球受到追捧,各大制药厂投入巨资,认为只要开发出解决排异问题的药物,那么以猪为主要原料的异种移植就将大功告成。但是,就是因为发现猪的基因组里面有内源性逆转录病毒存在,最终全球各国明令,在找到解决办法前,停止一切异种器官移植的临床试验。



美国哈佛大学和生物技术公司eGenesis的研究人员最近找到了办法。他们利用一种新的基因编辑技术,称之为Crispr,俗名”基因剪刀“,去掉了猪基因组中可能有害的病毒基因,从而扫清了猪器官用于人体移植的重大难关。2019年12月的最后一周,这家公司报告,十几头经过CRISPR基因编辑的小猪3.0成功问世,它们是迄今为止基因编辑数量最多的动物。根据研究人员对细胞的各种测试,这些小猪的器官组织特征可以满足安全、成功移植到人类体内的要求。尽管还没有发表同行评议的论文,但这一进展迅速获得了《科学》网站的介绍,它们被认为可能是目前适合捐献器官给人体的猪当中“全世界最好的候选者”

 



 

经过漫长过程创造出来的小猪3.0共诞生了12只。论文报告说,这些小猪看起来很健康,生育能力强,器官功能正常。如果它们能够将经CRISPR编辑的基因组可靠地传给下一代,据《科学》的新闻报道介绍,这支研究团队已经开始将猪的器官移植到非人灵长类动物身上,这是通往人类试验的重要一步。



那么后续就可以用更快、更方便的育种方式,培育出更多可供器官移植的小猪。



今年29岁的杨璐菡是eGenesis公司异种器官移植课题带头人,她于2008年本科毕业于北京大学,目前在哈佛大学攻读博士后。她和她的博士生导师乔治·丘奇首创了利用Cripsr-Cas9技术修改猪细胞基因组的做法,早在2014年起就开始了消除猪基因组中可能的致病基因的工作,做法是先修饰猪细胞,使其不携带病毒,然后再去除某些点位基因,使人体免疫系统无法识别这些脏器来自不同物种,从而实现人体免疫系统兼容。

 

杨璐菡说:“由于无法预期什么时候,以及用什么方法来解决这些问题,异种器官移植行业遭到了重创,经历了12年的停滞。”现在,哈佛大学医学院的研究人员已经培养出十二头经过DNA编辑去掉某些病毒的“器官移植安全猪”。杨璐菡说:“这项技术扫除了10多年前发现猪内源性逆转录病毒后这一领域最大的安全障碍,重新燃起了大家对异种器官移植的信心。”







鉴于这项成果的意义重大,美国《科学》杂志一次性审稿,并提前在线刊登论文,而不是按惯例等到每周的星期四发表。2018年,《福布斯杂志》已将她评为全球30岁以下的30位医疗科学领域领军人物之一。eGenesis公司也已经获得至少两轮风险投资,总额数千万美元。



与此同时,相关联的突破在最近一年中于全球可谓遍地开花。今年夏天,香港大学生物医学院和干细胞及再生医学研究中心的刘澎涛教授,与英国剑桥维康桑格研究院及德国联邦动物卫生研究院的研究人员,共同研发出取得细胞的新方法,让编辑猪的基因变得更加容易。



这项研究证实,从猪及人类身上,均能取得扩展潜能干细胞(EPSCs),其中以猪的EPSCs 研究结果最为重要,因为这是科研人员首次在猪早期胚胎中取得干细胞。刘澎涛表示,猪具有重要的生物医学研究价值,因其遗传基因、身体构造及生理机能,均与人类相近,如果能方便地改造猪的干细胞基因,就可直接促进异体器官移植。

 



03
华人女科学家的“基因技术”

将改变人类的器官移植模式

 

月前,英国医学家克里斯托弗·麦格雷戈教授告诉《每日电讯报》,现在他已研发出两种基因敲除技术,有望使猪器官安全地用于人类。



麦格雷戈曾参与40年前英国首例成功实施的心脏移植手术,当时他是主刀特伦斯·英格利希的高级记录员,现在他是首例猪与人之间的肾脏移植手术的重要参与者,如果这例手术成功,将为更加复杂的器官打开大门。英格利希说,英国现在约有280名患者正在等待心脏移植,而合适的捐献器官不足。因为器官必须处于健康状态,从脑干死亡的捐献者身上取出,在几小时内进行移植,并且与受体在生物学上以及在大小上相匹配。而如果猪的心脏异体移植成功,捐献名单这种东西就可以消失了。



这就可以说明,为什么杨璐菡和她的“基因剪刀”技术商业潜力如此巨大。







目前,美国有75,000人在等待器官移植,每天大约有20人死于无法接受器官移植。



另有6000人正在英国等待器官。由于人体器官特殊性,病人必须等待别人死去才能得到器官,但猪的器官和细胞的供应几乎是无限的。



阿拉巴马大学伯明翰医学院的肝脏移植外科医生德文·埃克霍夫说,如果他今年得到绿灯,他可能在9个月内生产50头猪进行移植。埃克霍夫指出,经过基因编辑进行移植的动物将不允许进入食物供应,因此它们不会对公众造成风险。他说,看到病人病得很重,然后因为需要更换器官而死,这是令人沮丧的。"我把一生都献给了移植事业,"他说。有了猪的器官,"想想我们能拯救多少生命"。



可以移植的猪不仅仅提供器官。最终,它们可以用来生产糖尿病患者所需的胰岛细胞——促激素生成胰腺细胞簇。猪血可以用来给创伤患者和像刀状细胞贫血这样的慢性病患者输血。亚拉巴马大学的异种移植项目共同负责人大卫·库珀说,即使是产生多巴胺的细胞也可以由猪制造,并移植到帕金森病患者身上。



库珀说:"当它出现时,它将彻底改变医学。"只要你想,随时都可以拥有这些器官。如果有人心脏病发作,你可以把他们的心脏拿出来,当场放一颗猪心脏替换。”



即使猪器官不能在人体中永久保存,临时使用的时间也足够等待一个人体器官了。目前,新生儿在器官移植名单上通常需要等待三个月以上,然而等待一颗新心脏,面临的死亡率通常超过50%的,亚拉巴马大学的心脏外科医生大卫·克利夫兰说。



克利夫兰希望使用异种移植来拯救患有先天性心脏缺陷的婴儿。"有如此巨大的需求,"他说。人工心脏可以使成年人在等待移植期间先活下来,但是婴儿没有这种装置。克利夫兰说,将猪心脏永久用于婴儿显然有困难,但至少猪心脏可以用作临时桥梁,在得到可用的人类心脏之前保持婴儿健康。他还希望婴儿不成熟的免疫系统能使他们更容易接受猪的心脏。



马萨诸塞州总医院皮肤试验的主要研究者杰里米·戈弗曼说,猪皮也可以帮助烧伤病人。现在,他经常找不到足以遮盖大伤口的人类皮肤。他相信,从猪的一块皮肤比从人类尸体上剥一块皮更经济。他说,对于无法维持人体组织库的国家来说,猪皮可能是一种拯救生命的替代方案。



阿拉巴马大学的研究人员今年的目标是扩大无菌工厂的繁殖规模。他们计划饲养足够的150磅动物,用于人体试验和小型临床试验。但和往常一样,经费是大问题。研究人员还担心公众如何看待异种移植,尽管早期的民意调查显示人们对异种移植持开放态度。当然,有些人会反对牺牲动物做实验和器官的想法,即使它们被用来拯救人类的生命。



由于担心动物福利活动组织的干扰与攻击,研究人员不会说明动物研究实验室的位置。但库珀指出,美国人每年已经吃掉了大约1.2亿头猪,而且没有人必须接受猪器官。在可预见的将来,人体器官捐献将会继续。库珀认为,陷入绝望的病人,一定会很高兴得到一个猪器官,只要它工作。他说:“当这个问题击中了你个人,当你可能会面临死亡威胁的时候,我认为你的态度会改变。”



菲什曼说,最后一个障碍,也是真正确定异种移植是否起作用的唯一办法,就是人体测试。“我认为我们都在等待第一次临床试验。”

 

 

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