跨物種煉成術?日本解禁「人獸嵌合體」實驗!將「人鼠胚胎」植入豬的子宮,培養人體器官

2019-07-30 18:02

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科學家造出「人豬嵌合體」胚胎(AP)

科學家造出「人豬嵌合體」胚胎(AP)

日本文部科學省24日通過東京大學一項引起極大關注的研究計畫──「人獸嵌合體胚胎」。這研究的目標是將人類「誘導性多功能幹細胞」植入動物受精卵、培養成「人獸嵌合體胚胎」後,再植入代孕的實驗豬隻體內,試圖培育出人體器官。

這聽起來似乎有些詭異,也有違背科學倫理道德的疑慮,不過日本研究團隊指出,他們旨在跨物種培育出可移植人體的人類器官,從而解決移植器官來源嚴重不足的難題。

人、鼠、豬的跨物種合作,「人獸嵌合體胚胎」實驗

國際科學權威雜誌《自然》(Nature)26日報導,日本政府先前明確禁止培養含有人類細胞的動物胚胎超過14天(避免胚胎成形),也禁止把「人獸嵌合體(chimera)胚胎」植入代孕子宮內。今年3月,日本放寬相關規範,但仍禁止將「人獸嵌合體胚胎」移植至人類子宮。

東京大學的研究是日本解禁相關實驗規範後,首件通過申請的「人獸嵌合體胚胎」(日文稱「動物性集合胚」)研究項目,東大研究團隊將在下個月獲得官方正式批准並啟動研究,美國史丹佛大學(Stanford University)醫學團隊也有參與。許多國家都限制、停止資助甚至禁止這類有倫理灰色地帶的研究,例如美國國立衛生研究院(NIH)雖准許製造人獸嵌合胚胎,但在2015年已暫停資助國內所有相關研究。

主導這項研究的東大幹細胞生物學專家中內啓光指出,經過10年的準備,他們終於有機會能深入探索這項領域。他計畫將人類「誘導性多功能幹細胞」(induced pluripotent stem cells,iPS cells)分別注入實驗小鼠(mouse)與大鼠(rat)胚胎內,培養出「人類器官」。iPS細胞可從人類血液或皮膚細胞中直接獲得,經過基因修改之後,它具有與胚胎幹細胞一樣分化為各類細胞的能力。

人類與小鼠的嵌合體胚胎預計需培養14.5天,所有器官才會成形;人類與大鼠的嵌合體胚胎則需培養15.5天。中内啓光表示,將會花費至少2年來進行這個研究階段,接著才會向政府申請准許將嵌合體胚胎植入豬隻體內,持續培養70天以上(豬隻懷孕期平均為114天),最終目標是──製造功能健全、可移植人體的人類胰臟器官。

嵌合體的英文chimera,源自希臘神話中一種獅頭、羊身、蛇尾的吐火怪物「喀邁拉」,意指動物的兩顆受精卵融合成一個胚胎,成長為一個個體。

科學倫理道德疑慮:「人獸嵌合體」會有「人」的意識?

是的,中内啓光計劃植入胚胎的代孕動物為豬隻,他對外強調,研究團隊將會謹慎地、慢慢地進行研究,絕對不會躁進、妄想一蹴而成。然而,不只有公眾憂慮這項實驗的危險性,一些生物倫理學家也擔憂,人類iPS細胞除了在目標器官內生長,是否也會對胚胎大腦發育產生影響,導致嵌合體具有人的意識。

對此中内啓光回應,研究團隊最初就已經考慮到這點,「我們試著生成目標器官,人類iPS細胞只會分化為胰臟器官細胞」。培育嵌合體胚胎分為兩個階段。首先,利用基因編輯技術,刪除胚胎內形成器官的關鍵基因,創造遺傳「空位」;其次,把人類iPS細胞注入胚胎內,填補空位。

科學家造出「人豬嵌合體」胚胎,這是將人類幹細胞注入豬的囊胚的過程(AP)
科學家造出「人豬嵌合體」胚胎,這是將人類幹細胞注入豬的囊胚的過程(AP)

以中内啓光的研究來說,需要刪除的關鍵基因,就是胚胎內形成胰臟器官的基因,由於嵌合體胚胎缺乏胰臟遺傳基因,無法自己生成胰臟細胞,這時候人類iPS細胞就能代為分化胰臟細胞。

東大研究團隊2017年曾做過類似的實驗鼠研究,將小鼠iPS細胞注入大鼠胚胎內,形成「大小鼠嵌合體」,透過大鼠培養出「百分之百由小鼠細胞組成的胰臟器官」。這個健康的嵌合體小鼠胰臟,最後移植給另一隻患有糖尿病的小鼠,並有效控制住患病小鼠的血糖水準。

物種遺傳距離是關鍵!「人羊嵌合體」實驗失敗

不過讓人類幹細胞在動物體內生長又是另一回事,東大研究團隊2018年培養出「人羊嵌合體胚胎」,試圖生成人類胰臟器官,但經過28天的努力,嵌合體胚胎卻幾乎沒有分化出人類細胞,與像樣的人體胰臟器官。中内啓光表示,這有可能是因為,人與羊的遺傳距離(Genetic distance)還是太遠了。遺傳距離是指不同物種或同一物種之間的基因差異程度。

早在2017年即首次成功培育出「人豬嵌合體」胚胎的美國德州大學西南醫學中心(University of Texas Southwestern Medical Center)研究員吳軍則指出,跨物種的細胞之間會互相排斥,使用與人類遺傳距離較遠的物種,例如羊或豬,來培養「人獸嵌合體」是沒有意義的,因為人類細胞會在發育早期就從宿主胚胎內被消滅。

中内啓光指出,日本政府開放「人獸嵌合體」相關實驗,正好讓他能針對「人類細胞為何無法在宿主胚胎體內生成」進行研究,他將會利用iPS基因工程來找出,阻礙人類細胞在宿主胚胎體內生成的關鍵因素。

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