猪体内首次生长出人类早期肾脏

作者：李惠钰    来源：中国科学报

近日，一项发表于《细胞-干细胞》的最新研究取得了重要突破——由中国科学家领导的国际团队首次在猪体内诱导人类干细胞培养出人类早期肾脏。研究人员表示，这一进展可能使猪生长的人体器官更接近现实，为许多等待移植的人提供了一种新的解决方案。

“这是该领域向前迈出的一大步。”美国阿尔托斯实验室的发育生物学家Juan Carlos Izpisúa Belmonte说，他虽然没有参与这项工作，但其团队已经在其他物种身上进行了培育人类干细胞的实验。Izpisúa Belmonte表示，这项新研究“暗示在其他哺乳动物身上开发人体器官的最终目标可能会实现”。

为解决人体器官短缺问题，外科医生已经在实验性手术中为一些脑死亡患者和晚期患者植入了猪肾脏和心脏。尽管这些器官来自经过基因改造的猪，可以避免被人类受体立即排斥，但这种策略仍可能需要终身使用免疫抑制药物进行治疗。相反，在猪身上生长人体器官是一种诱人的移植选择，因为患者可以接受来自自身干细胞的器官，这应该不会引发免疫攻击。

为实现这一目标，科学家取得了一些研究进展。例如，美国明尼苏达大学的再生细胞生物学家Mary Garry及其同事将人类干细胞植入经过基因改造的早期猪胚胎中，以阻止特定组织的生长。当植入代孕母猪体内时，胚胎利用人类细胞构建了一些自己无法产生的组织。到目前为止，研究人员已经表明，这些猪胚胎可以长出人体肌肉和血管内膜，但没有人能够诱导这些胚胎产生含有多种细胞类型的器官。

中国科学院广州生物医药与健康研究院研究员赖良学研、戴祯、Miguel A. Esteban以及潘光锦领导的团队对人类细胞进行了基因调整，以增加基因活性。胚胎中的细胞相互竞争，这种变化增强了人类细胞与猪细胞竞争的能力，阻止它们自杀。

由于人类细胞在发育方面领先于猪细胞。为克服这一障碍，科学家还在一种新设计的培养基中培养人类细胞，使其恢复到早期发育阶段。从而让人类细胞可以更好地与邻近的猪细胞整合。

然后，科学家将这些升级后的人类干细胞植入经过基因改造的猪胚胎中，这些胚胎缺乏生长肾脏的能力。将胚胎植入代孕母猪体内后，研究人员让它们发育大约一个月，然后取出进行分析。研究小组报告说，一些猪胚胎含有原始人类肾脏。这些器官中高达65%的细胞是人类细胞，这表明干细胞在猪体内环境中产生了肾细胞。

不过，在猪身上培育人体器官也引发了伦理问题。例如，人类细胞最终可能会进入动物的大脑或生殖系统，可能会改变它们的智力，甚至产生具有人类基因的精子或卵子。科学家确实在胚胎的大脑和脊髓中发现了一些来自人类的细胞，但他们没有在生殖系统中发现任何细胞。Esteban说，为了推进移植策略，研究人员可能必须对人类干细胞进行额外的基因改变，以防止这种渗透。

Garry是一家试图在猪身上生产人体器官的公司的联合创始人，他警告说，研究人员对人类干细胞进行的基因改造可能会导致癌症。她还希望看到对肾脏中的人体细胞和器官功能的进一步分析。“必须证明发育中的肾脏是人类的，而且这些猪能存活到出生甚至更长时间。”

Esteban说，研究人员计划让具有人类干细胞的类似胚胎长时间发育，以确定成年期肾脏是否形成。他警告说，生产可移植器官的时间表尚不确定。但他很乐观地认为，在10年内，这可能会成为现实。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.stem.2023.08.003