世界首例:我国科学家创造“猪猴混合体”生物,出生一周内死亡

原标题:世界首例:我国科学家创造“猪猴混合体”生物,出生一周内死亡

近日,我国科学家做了一个突破性的实验,创造出世界上第一个“猪猴混合体”生物。这项研究主要由中国科学院动物研究所进行,最终目的是在动物体内培养人体器官进行移植。

该论文以 Domesticated cynomolgus monkey embryonic stem cells allow the generation of neonatal interspecies chimeric pigs为题,发表在Protein & Cell 杂志上。

通讯作者为:周琪院士、李伟研究员、Hai Tang。

4000个胚胎植入母猪,10只仔猪出生,2只嵌合体,一周内死亡

研究团队对在培养物中生长的食蟹猕猴细胞进行了基因改造,让这些细胞携带 GFP 绿色荧光蛋白,这使研究人员能够追踪细胞及其后代。然后他们从修饰的细胞中提取出胚胎干细胞,并在受精五天后将其注射到猪胚胎中。

超过4000个胚胎被植入母猪体内,出生了十只仔猪,其中两只是嵌合体,但是所有仔猪在一周之内死亡。在嵌合仔猪中,包括心脏、肝脏、脾脏、肺和皮肤在内的多个组织部分由猴细胞组成,但比例很低:在千分之一和万分之一之间。

目前尚不清楚为什么仔猪会死亡,但由于非嵌合猪也同样死亡,研究小组怀疑这与体外受精过程有关,而不是嵌合体。试管受精在猪身上的效果不如在人类和其他一些动物身上。

研究团队现在正试图用更高比例的猴子细胞创造健康的动物。如果成功的话,下一步将是尝试创造出其中一个器官几乎完全由灵长类动物细胞组成的猪。

在此之前,类似的研究已经在啮齿动物身上取得了成果。

2010年,现在斯坦福大学的Hiromitsu Nakauchi通过对小鼠进行基因改造,使其自身细胞无法发育成胰腺,从而创造出了拥有大鼠(rat)胰脏的小鼠(mice)。

2017年,美国就进行了一次猪和人类的DNA合体实验,但每10万个细胞中只有一个是人,出于伦理原因,胚胎仅发育了一个月就结束了。

加州大学戴维斯分校的干细胞生物学家Paul Knoepfler说:“考虑到嵌合效率极低以及所有动物的死亡,我认为这相当令人沮丧。”

Paul Knoepfler认为,通过创造动物-人类嵌合体来培育适合移植的器官是不可能的。不过他说,继续研究这种方法是有意义的。

论文解读:种间嵌合体要在临床上得以应用,还有很长的路要走

2019年11月28 日,中国科学院动物研究所干细胞与生殖生物学国家重点实验室在Protein & Cell 上在线发表了题为:Domesticatedcynomolgus monkey embryonic stem cells allow the generation of neonatalinterspecies chimeric pigs的研究论文。

在该研究中,研究人员评估了食蟹猴的胚胎干细胞(cmESCs)在猪体内的嵌合能力。该研究报道了一种优化的培养基,它增强了cmESCs的抗凋亡能力,并促进了嵌合胚胎(将驯化的cmESCs(D-ESCs)注入猪囊胚中,分化成了三个胚层的细胞)的发育。

另外,该研究还获得了2个新生儿种间嵌合体,在这2个嵌合体上观察到组织特异性D-ESC分化。

该研究表明,D-ESCs在猪模型中具有整合和分化为功能细胞的能力,在不同的新生组织中的嵌合率为千分之一到万分之一。

该研究将促进异种器官形成未来的发展,并为在大动物模型中通过种间囊胚互补来生产组织特异性的功能细胞和器官更近了一步。

讨论:在这项研究中,研究人员将D-ESCs注射到猪的囊胚中获得新生种间嵌合体。在猪胎儿中,D-ESCs分化为三个胚层,这与之前报道的人/猪嵌合体的研究相一致(Wu et al., 2017);但人/猪胎儿只存活了28天,由于伦理学问题的原因使得研究者无法观察到嵌合的人胚胎干细胞是否能在猪体内发育形成成熟的功能细胞。

而这项研究证明,猴/猪嵌合体可以在新生猪上形成功能性的肝细胞和肾细胞;这些功能细胞可以被分离出来进行进一步的研究和未来的临床应用。而且这项研究的嵌合体比例比之前报道的人/猪嵌合体高10-100倍

(Wu et al., 2017)。

当然,种间嵌合体要在临床上得以应用,还有很长的路要走;其中的一个难点是需要通过提高cmESCs的多能性来增加纯合子的嵌合效率;另一个难点是我们需要弄明白关于进化差异影响异种嵌合体发育效率的分子机制基础。

这些研究成果为克服异质器官重组的困难与实现在大型动物中重建人体器官的最终目标奠定了坚实的基础。

自2010年大鼠器官在小鼠胚胎内成功构建后,人类器官在猪羊等大动物体内的嵌合成为科学研究的热点,但近年来多项研究结果表明人类胚胎干细胞在大动物胚胎内的嵌合难度大,仍需要解决大量的基础科学问题;非人灵长类多能干细胞具有与人类干细胞相似的多能性,将非人灵长类多能干细胞与其他动物的胚胎进行结合制备相应的嵌合体是研究种间嵌合和器官生成的良好模型。

非人哺乳动物的异种嵌合体是研究疾病、生长发育以及器官移植的潜在模型,自20世纪70年代以来,世界各国的科学家们一直在以异种嵌合体,如,绵羊-山羊嵌合体、大鼠-小鼠嵌合体等回答一些基础发育生物学问题。

该研究的最终目的是在动物体内培养人体器官进行移植。但是结果表明,要实现这一目标还有很长的路要走。

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