科学家首次在猪体内培育出人类肾脏

2023年9月7日HealthDayNews(《健康日新闻》)报道，人类有史以来第一次在动物身上培养出实体的人源化器官(solid humanized organ)，这是可能解决器官短缺问题并挽救无数生命的第一步。

一份新的研究报告显示，中国研究人员利用各种基因工程技术，在猪的胚胎内培育出了部分人类的早期肾脏。

资深研究员Liangxue Lai(赖良学)说：“该研究证明了在猪身上产生人源化器官的可能性，我们对这种可能性感到兴奋。”赖良学是中国科学院广州生物医药与健康研究院华南干细胞生物学与再生医学研究所副所长。

研究人员在猪身上制作了5个类似人肾脏的结构，这些肾脏在发育25～28 d后达到了中肾阶段，即肾脏发育的第二阶段。

赖良学说，这些早期肾脏中50%～70%的细胞是人类的细胞。

赖良学说：“如果延长妊娠时间，人类细胞的比例可能会进一步增加，但也可能存在其他技术障碍，为此我们正在努力。”

美国纽约大学朗格尼移植研究所免疫遗传学实验室主任Massimo Mangiola将这些器官称为“器官原基(primordial organs)”。

“研究结果清楚地表明，他们可以将人类细胞培育成器官原基，”没有参与这项研究的Mangiola说，“以前从未这样做过。现在预测它是否会发育成一个成熟的人类肾脏还为时过早，但这是朝着这个目标迈出的第一步。”

先前的研究曾使用类似的方法在猪身上产生血液或肌肉等人体组织，但这是第一次真正培育出部分人体器官。

根据背景说明，研究人员之所以将重点放在肾脏上，是因为肾脏是最早发育的器官，也是人类最常见的移植器官。

在这项工作中，研究人员首先建立了缺失2个对肾脏发育至关重要的基因的转基因猪胚胎。这在胚胎中创造了一个空的空间--一个肾脏形状的“生态位”(niche)，人类干细胞可以较少受到猪细胞竞争来填补这个空间。

研究作者指出，将人类干细胞整合到猪胚胎中的挑战之一是猪细胞的发育胜过人类细胞。

接下来，研究人员改造了人类干细胞，使其更有可能融入猪胚胎，减少自身消亡的可能性。然后将这些细胞培养成类似于早期人类胚胎细胞的“幼稚”(naive)细胞。

然后，在将发育中的胚胎植入代孕母猪体内之前，研究人员将含有人类干细胞的猪胚胎进行实验室培养，使用独特的营养物质和激素来促进人类细胞和猪细胞的生长。

研究称，研究人员总共将1 820个胚胎移植到13个代孕母猪中。

25～28 d后，研究人员终止妊娠并提取胚胎，看看胚胎是否成功产生了人源化肾脏。

研究人员共收集了5个发育阶段肾脏结构正常的猪胚胎。

研究人员发现，应用基因工程成功地将人类细胞的发育主要定位在肾脏，胚胎的其余部分则由猪细胞组成。

这项研究结果于2023年9月7日发表在CellStemCell(《细胞干细胞》)上。

“我们发现，如果在猪胚胎中创造一个生态位，那么人类细胞就会自然进入这些空间，”广州生物医学与健康研究院的资深作者Zhen Dai(戴祯)在一份期刊新闻稿中说，“我们在猪大脑和脊髓中只看到很少的人类神经细胞，在生殖嵴中没有看到人类细胞，这表明人类多能干细胞没有分化为生殖细胞。”

研究人员表示，在未来的研究中，通过敲除人类干细胞中的更多基因，这种轻微的增殖可能会得到进一步的预防。

下一步是让肾脏发育的时间更长，以观察人类细胞在发育过程中是否继续胜过猪细胞。研究人员还致力于在猪身上培育其他人体器官，包括心脏和胰腺。

长期目标是在猪体内培育出可供移植的人体器官，但研究人员承认，这项工作将很复杂，可能需要多年时间。

广州生物医学与健康研究院的资深作者Miguel Esteban在新闻稿中表示：“因为器官不仅仅由一个细胞谱系组成，为了拥有一个所有结构都来自人类的细胞，我们可能需要以一种更复杂的方式来设计工程猪，无疑这样会带来了更多的挑战。”