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人豬生物混合胚胎面世

2017/1/31 — 20:41

器官移植在很多國家一直都是問題。主要原因不在於技術而是器官的短缺。有時候即使捐贈者死前已登記捐贈器官,但死後由於家人反對也可以否決死者捐贈的意願。在美國,每天有22人得不到器官移植而死亡, 而香港仍然有二千人在器官移植輪候冊上。最近法國宣佈通過法例,除非死者生前明確地表示反對捐贈器官,否則所有人死後都可以成為器官捐贈者,但是類似的法例在大部分國家暫未推行。

在器官捐贈的問題還未得到解決之前,科學家一直硏究是否可以用其他動物如豬隻的器官代替。選擇豬隻的原因,是因為牠們體積較大,以及器官體積和結構與人相約。當然,其他技術問題如不同物種的細胞在人體內會有排斥的現象,以及病毒感染的可能性也是考慮移植其他動物器官的因素。

那麼,如果把人的幹細胞注入豬的胚胎,最終能否減少排斥等問題而能在豬隻身上提供可移植的器官?美國加州索克生物硏究所 (Salk Institute) 的科學家 Prof. Belmonte 的團隊嘗試解答這個問題。他們最終的目的,是希望能製造能作移植用的器官,以及更像人類的疾病的動物模型和作為測試藥物的平台。

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結合之前的研究經驗,科學家希望找出人類「多功能幹細胞」 (human pluripotent stem cells, 簡稱 hPSCs) 和蹄類動物 (例如豬、牛、羊)的跨物種嵌合體 (chimera) [1]的可行性。為了證明一個物種的幹細胞能融合在另一個物種身上,科學家首先利用大鼠的「胚胎幹細胞」(ESC) 及「誘導多功能幹細胞」(iPSC) 注射入小鼠的囊胚 (blastocyst) [2] ,然後移植入另一隻代孕小鼠。結果發現小鼠不同的器官組織均有不同比例的大鼠細胞,當中心臓所含的大鼠細胞比例最高。另外,大鼠本身是沒有膽囊的,但是大小鼠嵌合體的胚胎卻有膽囊,證明大鼠細胞在嵌合體的胚胎未能完全取代宿主某些器官的發育。

他們更發現,大小鼠嵌合體能活命達一般小鼠大約兩年的生命周期。而且細胞都和正常細胞有老化的跡象,證明即使大鼠和小鼠這兩個物種雖然在進化史上相差一千八百萬年,但兩個物種的細胞仍然能共同生存,並能如一般正常生物細胞般老化。

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既然他們證明了不同物種嵌合體的可行性, 他們嘗試問一個問題:「利用同樣的道理,我們可否把人類的細胞注射入豬的胚胎?」

他們在豬隻胚胎注射不同的人類「 iPS 細胞」,然後植入豬隻子宮並生長四個星期並觀察其生長變化。他們發現,人類「iPS細胞」在豬隻胚胎的成功率比大小鼠嵌合體為低。從 2,075 個胚胎當中,只有 186 個胚胎能成為人豬嵌合體,而當中估計只有十萬分之一的細胞是人的細胞。這樣的低成功率可能是人與豬的進化距離比大鼠和小鼠較大有關。而兩個物種的懷孕期相差也很大 – 豬的懷孕期大概有三個半月,而人則為九個月。他們更發現,多於一半的人豬胚胎發育較遲緩,體積比一般正常胚胎要小,反映人類「 iPS 細胞」有可能對豬隻胚胎的正常發育造成某程度上的影響。

這項硏究首次能成功證明人和豬兩個物種結合而成長的胚胎的可能性。為了避免相關的道德爭議,人豬胚胎只能生長28天,有關的實驗便需要停止。很多硏究問題如捐贈者和宿主的細胞之間的互動、如何增加人類細胞在其他物種宿主的生存率,以至增加人類器官在其他動物身上生長的機會等還未能得到完全的解答。因此,這項硏究的結果與能在其他動物身上產生移植用途的器官仍有一段很長的距離。

當然,這項硏究所帶來的道德問題也不少。跨物種胚胎硏究會否製造如科幻電影橋段一樣,人類細胞會走到豬的腦袋而形成高智慧生物? 而有人類細胞的動物如何介定是人類還是動物?其權利如何?會否出現不受控的生長?恐怕當中所引起的道德爭議不比科研上的技術問題難道低。

註:

  1. 嵌合體 (chimera) —— 字源於希臘神話,形容一隻獅子身上有山羊頭、尾巴則為蛇尾的怪物。在生物學上,chimera 指天然或人工合成、含有兩種以上生物的細胞的合成體。

  2. 囊胚  (blastocyst) ——動物受精卵卵裂所形成的球形幼胚。

參考文章:

Wu et al. Interspecies chimerism with mammalian pluripotent stem cells. (2017) DOI: dx.doi.org/10.1016/j.cell.2016.12.036
The Guardian, First human-pig ‘chimera’ created in milestone study., 27 January 2017

原文刊於作者博客

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