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科學家在實驗室成功培育出人豬「嵌合體」,或有助於器官移植


科學家在實驗室培育出人豬雜交胚胎,或將用於器官移植。
相對老鼠,豬的器官尺寸、生理與解剖結構與人類更為相似。攝:Carsten Koall/Getty Images

等候器官移植的病患數目與日俱增,但礙於捐贈來源有限,供需之間的缺口愈來愈大,人類還有其他辦法嗎?

1月26日刊發於學術期刊《細胞》(Cell)的論文顯示,美國索爾克生物研究所(Salk Institute for Biological Studies,下稱 SIBS)結合基因編輯技術,將人類幹細胞(Stem Cell)注入體外培育的豬早期胚胎,再將混合胚胎植入代孕母豬子宮內,其後部分胚胎存活時間達3週以上,並成功生成含有人類細胞的器官與組織——心臟、肝臟、神經元(Neuron)等之前體。

我們的最終目標是培育出具備功能性,並且可移植的器官與組織。雖然目前還相距甚遠,但這已是重大的進步。

SIBS 基因表達實驗室教授 Juan Carlos Izpisua Belmonte

雖然之前已有科學家在老鼠身上做過類似嘗試,但這是首次在豬胚胎中成功培育人獸「嵌合體」(Chimera)。因為豬的器官尺寸、生理與解剖結構與人類更為相似,這或許為藉助大型動物培育可移植「人體器官」帶來突破。

人豬「合作」的成果

這一研究長達4年,共有包括養豬場農民在內的40多人參與並作出貢獻。「我們一開始低估了課題的複雜性,」SIBS 基因表達實驗室教授 Juan Carlos Izpisua Belmonte 說,「這是一段漫長的旅程。」

由於豬的妊娠期大約只有人類的三分之一(不到4個月),因此研究人員需要選擇恰當的時機,將人類幹細胞注入體外培育的豬早期胚胎,以匹配豬的發育階段,但這一過程歷經挫折。「就像你駕車駛入高速公路後,如果仍以平常速度行駛,你會發生意外。」Izpisua Belmonte 解釋道。

人類幹細胞如能在豬的早期胚胎中存活,人豬混合胚胎即被成功創建。研究團隊最終獲得2075個可用混合胚胎,並將其植入41頭代孕成年母豬子宮內(每頭被注入30至50個),但只有186個「倖存」胚胎持續發育了21至28天。雖然成功率很低,但一些胚胎顯示其中的人類細胞開始專門化,並且已發育成各種類型組織的前體。

培育人獸嵌合體的實驗是富於爭議的,因為理論上此類實驗可能會創造出具備人類特質,甚至是擁有「人類大腦」的特殊動物,從而引發倫理混亂。故此研究團隊讓混合胚胎在母豬子宮內持續發育21至28天後,終止了培育過程並將其取出分析,以評估該技術的安全性和有效性。Izpisua Belmonte 表示:「這已經足夠長了,我們既能藉此嘗試了解人類細胞與豬細胞如何混合在一起,又不會導致倫理爭議。」

而 SIBS 基因表達實驗室研究員、論文第一作者 Jun Wu 指出,此次實驗培育的混合胚胎中,不包含會發育成腦部的細胞,只存有可發育成肌肉與其他器官的細胞。並且他透露,研究團隊下一步努力的方向,是找到引導人類細胞在豬體內形成特定「人體器官」的方法,進而未來可以嘗試將有需求患者的幹細胞注入豬胚胎,培育出排斥性最低的可移植器官。

雖然皮尤研究中心(Pew Research Center)調查顯示,美國民眾對生物醫學技術持警惕態度,但2016年夏天美國國立衛生研究院(NIH)曾表示,它計劃解除「暫停用聯邦政府撥款資助嵌合體研究」的限制,只要它們通過額外的倫理審查即可。支持者認為,除了可用於器官移植以外,人與動物的嵌合體能以更好的方式推動對人類早期胚胎發育的研究,並能成為新研發藥物的毒性測試平台,將有助於各類疾病的預防與治療。

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研究人員分析後認為,在取出的混合胚胎最成功類型中,每10萬個細胞中大約有1個屬於人類,即0.001%。

聲音

一種可能性是讓這些動物出生,但這不是我們應該允許發生的事情。科學不可以為所欲為,科學家也不僅僅生活在實驗室裏。我們和其他人共存於世,整體社會的需要決定我們可以做什麼。

SIBS 基因表達實驗室教授 Juan Carlos Izpisua Belmonte

當公眾聽到科學前沿的奇幻發展時,總是滋生出相關的恐懼……我們的研究有助於解決可移植器官全球性短缺問題,我們並不是在創建一些怪物。

SIBS 基因表達實驗室研究員、論文第一作者 Jun Wu

我們已經跨越了關鍵的障礙,但令人興奮的論文總是帶來新的問題。

美國明尼蘇達大學(UM)醫學院教授 Bernhard Hering

幹細胞

幹細胞是原始且未特化的細胞,它是未充分分化、具有再生各種組織器官潛在功能的一類細胞。幹細胞存在於所有多細胞組織裏,能經由有絲分裂與分化來分裂成多種的特化細胞,而且可以利用自我更新來提供更多幹細胞。(資料來自維基百科,百科內容以 CC BY-SA 3.0 授權)

妊娠期

妊娠期是指雌性哺乳動物從受精至分娩的這段時間,不同動物的妊娠期存在很大差異。大多數物種妊娠期的長短取決於胎兒出生時的體型,小型動物的妊娠期通常比大型動物短。例如,貓的妊娠期約為58至65天,而大象的妊娠期約為21個月;可是,並非所有物種的妊娠期都取決於胎兒的體型,尤其是那些只在每年食物充足的繁殖期才生產的物種。各種其他因素也可以影響妊娠期的持續時間。對人類而言,男嬰通常比女嬰和多胎妊娠需要更長的妊娠期。種族不同也可能改變妊娠期長短。狗的妊娠期愈長而產仔數愈少。(資料來自維基百科,百科內容以 CC BY-SA 3.0 授權)

來源:華盛頓郵報BBCEngadgetEurekAlert

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