科學家首次在豬體內培育出人類腎臟

2023年9月7日HealthDayNews(《健康日新聞》)報道，人類有史以來第一次在動物身上培養出實體的人源化器官(solid humanized organ)，這是可能解決器官短缺問題并挽救無數生命的第一步。

一份新的研究報告顯示，中國研究人員利用各種基因工程技術，在豬的胚胎內培育出了部分人類的早期腎臟。

資深研究員Liangxue Lai(賴良學)說：“該研究證明了在豬身上產生人源化器官的可能性，我們對這種可能性感到興奮。”賴良學是中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院華南干細胞生物學與再生醫學研究所副所長。

研究人員在豬身上制作了5個類似人腎臟的結構，這些腎臟在發育25～28 d后達到了中腎階段，即腎臟發育的第二階段。

賴良學說，這些早期腎臟中50%～70%的細胞是人類的細胞。

賴良學說：“如果延長妊娠時間，人類細胞的比例可能會進一步增加，但也可能存在其他技術障礙，為此我們正在努力。”

美國紐約大學朗格尼移植研究所免疫遺傳學實驗室主任Massimo Mangiola將這些器官稱為“器官原基(primordial organs)”。

“研究結果清楚地表明，他們可以將人類細胞培育成器官原基，”沒有參與這項研究的Mangiola說，“以前從未這樣做過。現在預測它是否會發育成一個成熟的人類腎臟還為時過早，但這是朝著這個目標邁出的第一步。”

先前的研究曾使用類似的方法在豬身上產生血液或肌肉等人體組織，但這是第一次真正培育出部分人體器官。

根據背景說明，研究人員之所以將重點放在腎臟上，是因為腎臟是最早發育的器官，也是人類最常見的移植器官。

在這項工作中，研究人員首先建立了缺失2個對腎臟發育至關重要的基因的轉基因豬胚胎。這在胚胎中創造了一個空的空間--一個腎臟形狀的“生態位”(niche)，人類干細胞可以較少受到豬細胞競爭來填補這個空間。

研究作者指出，將人類干細胞整合到豬胚胎中的挑戰之一是豬細胞的發育勝過人類細胞。

接下來，研究人員改造了人類干細胞，使其更有可能融入豬胚胎，減少自身消亡的可能性。然后將這些細胞培養成類似于早期人類胚胎細胞的“幼稚”(naive)細胞。

然后，在將發育中的胚胎植入代孕母豬體內之前，研究人員將含有人類干細胞的豬胚胎進行實驗室培養，使用獨特的營養物質和激素來促進人類細胞和豬細胞的生長。

研究稱，研究人員總共將1 820個胚胎移植到13個代孕母豬中。

25～28 d后，研究人員終止妊娠并提取胚胎，看看胚胎是否成功產生了人源化腎臟。

研究人員共收集了5個發育階段腎臟結構正常的豬胚胎。

研究人員發現，應用基因工程成功地將人類細胞的發育主要定位在腎臟，胚胎的其余部分則由豬細胞組成。

這項研究結果于2023年9月7日發表在CellStemCell(《細胞干細胞》)上。

“我們發現，如果在豬胚胎中創造一個生態位，那么人類細胞就會自然進入這些空間，”廣州生物醫學與健康研究院的資深作者Zhen Dai(戴禎)在一份期刊新聞稿中說，“我們在豬大腦和脊髓中只看到很少的人類神經細胞，在生殖嵴中沒有看到人類細胞，這表明人類多能干細胞沒有分化為生殖細胞。”

研究人員表示，在未來的研究中，通過敲除人類干細胞中的更多基因，這種輕微的增殖可能會得到進一步的預防。

下一步是讓腎臟發育的時間更長，以觀察人類細胞在發育過程中是否繼續勝過豬細胞。研究人員還致力于在豬身上培育其他人體器官，包括心臟和胰腺。

長期目標是在豬體內培育出可供移植的人體器官，但研究人員承認，這項工作將很復雜，可能需要多年時間。

廣州生物醫學與健康研究院的資深作者Miguel Esteban在新聞稿中表示：“因為器官不僅僅由一個細胞譜系組成，為了擁有一個所有結構都來自人類的細胞，我們可能需要以一種更復雜的方式來設計工程豬，無疑這樣會帶來了更多的挑戰。”