把猪器官植入猴体内,很快就要移植给人

唐僧要做器官移植,他有意用二师兄猪的器官,但专家担心二师兄的器官直接移植到唐僧体内会有免疫排斥,于是建议先用大师兄猴子来试验。

本文就是要讲这么一个故事,关于猪和猴子为人类生命健康作出牺牲的真实科学研究,里面还用到了最前沿的生物技术:CRISPR 基因编辑

图 | 唐僧要做器官移植,大师兄和二师兄来自我牺牲。(来源:麻省理工科技评论)

据《麻省理工科技评论》报道,基因编辑初创公司 eGenesis 目前正在猴子身上测试猪的器官,以验证其对人类是否安全,最终帮助解决人体器官移植所面临的器官严重短缺问题。

失败的预测

据不完全统计,全世界每年大概有 200 万人需要器官移植,但是器官捐献的数量远低于需求。中国面临的情况更甚,现在每年约 30 万人因末期器官功能衰竭需要移植,仅不到 2 万人有机会获得器官移植,供需比例为 1:15。

器官捐献者远远不能满足需求。数十年来,科学家一直期望能用猪来提供可移植的肾脏、心脏和肺。

比较而言,猪比灵长类动物还适合作为器官移植供体。猪繁殖快,易于饲养,极大地降低了科研成本,更重要的是,无论从解剖学还是生理学指标上,猪的器官都与人类极为接近。因此,选择猪作为异种器官移植供体成为国际共识。而灵长类动物虽然与人亲缘关系更近,但每胎产仔少,成熟周期长,不能满足大量的科研及移植需求。

2017 年,哈佛大学遗传学家 George Church 教授预测说,基因编辑的猪器官将会在 2 年甚至 1 年内移植到人体内。他创办的 eGenesis 公司在执行这个雄心勃勃的计划,他们对猪进行了 CRISPR 基因编辑,这样可能会避免器官移植后的免疫排斥。

George Church 是美国著名学者、美国科学院和工程院两院院士、现代生物学领域最重要的意见领袖之一。

2 年期限已到,结果如何呢?

Church 说,“我错了”。

他过于乐观了。他们迄今尚未进行过任何这方面的人体试验。不过最新的进展是,位于波士顿的麻省总医院正在把猪器官移植到猴子体内,以验证这个试验是否安全。这项研究由该医院的器官移植部门主任 James Markmann 领导,他是 eGenesis 公司科学咨询委员会的成员。

Markmann 说,目前的猴子试验是必要的一步,因为在大型动物安全验证之前,无法将之直接用于人体。

他们在用猪的哪些器官和哪种猴子在进行研究尚未公开,唯一确认的是他们用了基因编辑猪的器官。

(来源:麻省理工科技评论)

异种器官移植的挑战

异种器官移植,也就是跨物种器官移植,将细胞、组织或器官从一个物种移植到另一个物种。

2017 年 9 月,George Church 和杨璐菡团队在《科学》杂志发表成果,他们利用 CRISPR 基因编辑技术培育出世界上首批对器官移植无“毒”的活猪,声称解决了用于人体移植的猪器官含有内源性逆转录病毒的问题。这也是当时成功诞生的 CRISPR 基因修改数量最多的动物。

不过,经 DeepTech 了解,全军器官移植研究所所长、空军军医大学第一附属医院肝胆外科主任医师窦科峰,WHO 异种移植临床研究规范制定委员会专家、中南大学湘雅三医院放射科主任王维以及南京医科大学特聘教授戴一凡对此持不同看法,认为此研究必要性不大(戴一凡看法详见后文专访)。对此,DeepTech 向 George Church 和杨璐涵询问,截至发稿,未见其回应。

其他研究团队也有很大进展。美国国立卫生研究院研究人员将猪心脏植入狒狒(猴子的一种)体内,维持了 2 年。2018 年 12 月 5 日,Nature杂志发表了来自德国慕尼黑 Walter Brendel 试验医学中心团队研究,他们成功地将基因修饰后的猪心脏移植到狒狒身上,其中最长存活了 6 个月。

这两个研究用的是 Revivicor 所生产的基因改造猪,后者经过多个基因改造后可使得猪器官成为人源化器官,从而避免人体免疫排斥、血液凝块以及其他免疫攻击。

国际心肺移植学会 2000 年提出建议称,一旦 60%的灵长类动物能够在接受猪心脏移植后存活 3 个月,至少有 10 只动物在这段时间内存活,并且有迹象表明可以延长生存期,就可以考虑进行人体临床试验。

猪器官的人体试验似乎已经箭在弦上。阿拉巴马大学伯明翰分校器官移植部主任 Devin Eckhoff 说,人们都在跃跃欲试。

可以预测,有了二师兄和大师兄的牺牲,异种器官移植的“真经”快到手了。

视频 | 体外的心脏需要供应血液和氧气。(来源:麻省理工科技评论)

专访 | 戴一凡:异种移植很快会上临床

DeepTech:哈佛大学 George Church 在 2017 年预测说,他们会在一两年内实现猪器官到人体的移植。最近的报道说,他承认错了。他们转向了做猪器官移植到狒狒的研究,那么 George Church 为什么会犯这个错误,此前科学界都是在盲目乐观吗?

戴一凡:他错的原因,是因为他的研究原来不在异种器官移植领域,对这个领域不够了解,他不知道开展人体临床试验需要达到美国 FDA 规定的一些硬性指标。

首先我们必须在狒狒的异种器官移植上得到理想的结果。美国 FDA 要求,在使用临床能接受的免疫抑制条件下,60%-80% 移植的异种器官在狒狒体内有正常功能并存活半年以上,达到这样的标准才能开始申报临床。

申报临床要达到的第二个要求是,作为异种器官供体的基因修饰猪必须要在无指定病原体(DPF)的超洁净的环境中繁殖两代以上,要定时检测 FDA 指定的各类病原体,只有这些指定病原体阴性的猪才能用来做供体。

通常繁殖一代猪需要一年时间,就是说在 DPF 环境饲养的猪至少一年以上才能用来做供体。当 George Church 做这些预测的时候,他既没有理想的可用于做异种器官供体的猪,也没有 FDA 规定的 DPF 设施。所以他如果知道这些细节,他是不会随随便便说一两年就能做,而是会说至少要 4-5 年。

DeepTech:很多研究团队把希望寄托在非人灵长类身上,如果猪器官移植非人灵长类成功的话,就距离人体临床更近一步,你认为这个阶段会持续多久呢?

戴一凡:过去 10 年中,各类基因修饰猪的非人灵长类的试验一直在进行,最近的结果非常不错。原位异种心脏移植存活接近 200 天,异种肾脏移植也达到一年以上了,异种胰岛移植也在猴体内有功能 400 天,理论上已经有了适合做临床试验的合适的供体猪。目前要做的是建设 DPF 设施和向 FDA 申报临床试验。

国内的异种移植进展也很快,我们目前正在进行的科技部重点研发项目得到的供体猪,已经获得了上述类似的好结果,马上就可以做非人灵长类试验。如果不是 2018 年 8 月非洲猪瘟流行影响了我们克隆猪的进度,我们还可以做得更快。

DeepTech:现在美国 FDA 和中国 SFDA 对异种移植是什么态度呢?

戴一凡:美国 FDA 应该很快就会批准异种肾脏或心脏上临床,如果美国已经批准,在中国获的 SFDA 批准就容易得多。而和国外比,中国在这方面的研究也就两三年的差距。

DeepTech:最近的报道提到,狒狒的试验结果不是太一致,有的狒狒表现好,有的就死的快,这会影响研究进展吗?

戴一凡:不同的基因修饰、不同的器官结果完全不一样,不同的团队做移植实验结果也完全不一样。

例如你要做心脏的原位移植,手术技能就很重要。美国 NIH 一个团队能够让异位异种心脏移植存活 900 多天,但原位心脏移植的存活时间就很短,就是因为原位心脏移植对手术质量、术后护理的要求非常高。而一个德国团队用同样的供体猪取得了原位心脏移植在狒狒体内存活近 200 天的结果,就是因为他们有高超的心脏移植手术技巧及丰富的术后护理的经验。

相对于心脏的苛刻条件,肾脏异种移植的要求就不是太高,因此不同实验室的结果就比较一致。比较而言,异种胰岛移植会更加容易一点,因为它是个细胞团,没有像器官移植那样需要考虑到血管破坏引起排斥反应,所以比整个器官移植更容易。

DeepTech:美国 George Church 团队通过基因编辑去除猪的内源性病毒,但脱靶问题会不会造成不利影响?毕竟有的研究同时引入几十个突变,脱靶概率会上升。

戴一凡:过去 20 多年,异种移植领域已经形成共识,猪器官内源性逆转录病毒危害不大,因此异种移植领域很少有人去做这个研究了。美国 FDA 也从来没有规定必须要把这个内源性逆转录病毒去掉才能上临床。他们只要求所有接受异种器官移植的病人的生物样本要保存 50 年,这个规定主要是为了万一将来发现一些未知的病原体,可以回过来检测这些样品。国际上多个实验室大量的实验证明这些病毒在人身上不会引起问题。他们检查了数百例接受过猪细胞和组织的患者,没有在他们身上找到这些病毒。

不久前 George Church 团队获得了敲除这个病毒的猪,但这些猪的克隆效率及脱靶概率需要进一步验证。

DeepTech:你之前接受采访时提到,中南大学湘雅三院的王维教授已经做了几例胰岛的移植在病人身上,为什么猪的胰岛移植会更快实现?

戴一凡:湘雅三院的王维教授在长沙建设了小型的超洁净的猪舍,可惜的是他们并没有繁育最理想的基因修饰猪作为胰岛供体,而是用了野生型的猪。他们没有在 SFDA 申报临床试验,而是申请了卫生部三类医疗技术的许可,卫生部同意他们做 10 例探索性临床试验。目前这些试验应该已经完成,期待他们能够发表相关的结果。如果他们的超洁净的猪舍能够繁育理想的基因修饰猪,异种胰岛移植可以很快上临床。

(按:据科技日报 2016 年报道,王维介绍,2013 年团队获湖南省卫计委批准,开展「异种胰岛移植治疗糖尿病小样本临床研究」,计划进行 10 例人体移植研究。2013 年 7 月,团队完成了首位Ⅰ型糖尿病患者的猪胰岛异种移植。在观察一年,获有效安全评估后,于去年 4 月、10 月,分别再进行了两例移植,均取得了良好效果:1 位移植病人胰岛素减量 80.5%,血红蛋白已经完全恢复正常,另 2 位移植病人情况胰岛素减量分别达 57%和 56%,糖化血红蛋白也有下降。)

DeepTech:今年香港大学宣布,获得猪的扩展潜能干细胞(EPSCs),这是不是新的方向?相当于培养猪器官而言,干细胞的移植会不会更快实现?

戴一凡:我认为不管哪个领域,只要有好的结果都可以用于临床,没有说哪个技术一定更好。目前看来利用干细胞分化成胰岛移植比较容易实现,但要培育成一个完整的有功能的器官还是有比较大的困难。

DeepTech:还有一个方向你提到过,利用人的干细胞在猪上建立人源化的肝脏或肺脏。

戴一凡:几年以前,我们有点像 George Church 一样乐观。因为我们已经得到了肺脏和肾脏缺陷的猪,唯一要做的是找到理想的人的干细胞,让它们在猪体内长出人的肺脏和肾脏。但这几年反复的试验发现事情远远没有我们当初想象的那么容易。主要是人的干细胞和猪胚胎发育的不匹配,人的细胞和猪的细胞之间不能很好的互动,很难存活或发挥应有的功能。所以这还是一个比较复杂的问题,需要更深入细致的研究才能克服这些问题。

DeepTech:目前看,猪的器官异种移植,人源化的器官,还有干细胞,三者中你觉得哪个方向更乐观?

戴一凡:最理想的当然是用病人自己的诱导多潜能干细胞(iPSC)制备的人源化器官,我们称为“私人定制”。但这个方向现在还有很多问题没有解决,那么目前比较现实的就是用基因修饰的猪来做供体。

戴一凡,现任职南京医科大学特聘教授、江苏省异种移植重点实验室主任。戴一凡教授主要从事转基因大动物和异种移植方面的研究,建立基因改造的克隆猪作为异种移植的供体,以解决目前器官供体严重不足的现状。研究成果分别发表在 Science 及 Nature 系列杂志,先后于 2002 和 2006 年两次进入美国 Discover 杂志全球前 100 位重大科学新闻。2002 年获器官移植领域的 Fujisawa 年轻科学家奖。

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参考文献

https://www.technologyreview.com/s/613666/crispr-pig-organs-are-being-implanted-in-monkeys-to-see-if-theyre-safe-for-humans/

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