据外媒消息,美国一男子成为全球首位从基因改造猪身上移植心脏的人。这可以说是一个非常有意义的尝试,也希望这个领域能够取得更大的进展,这是真正造福人类,甚至某种程度突破人类上限的一种思路。今天我们就来说说这个科学探索。

01,猪心脏移植需解决的问题

我们先解读下新闻中的猪心脏移植问题。把猪的心脏移植到人身上,称之为异种器官移植(Xenotransplantation)。要想实现异种器官移植,需要解决几个基本问题。

1,免疫排斥问题

人和人之间的器官移植尚且会发生免疫排斥,更别提跨物种了。

新闻报道的4个基因被敲除或灭活,根据个人经验,很有可能包括了GGTA1,这个基因是一个α 半乳糖抗原,是异种器官移植中首先需要干掉的,为何?因为这个基因会导致发生异种器官移植超急性排斥反应 (HyperacuteRejection ,HAR),也就是一旦发生这种超急性免疫排斥,人就会迅速死亡。

所以目前我们做异种器官移植,基本上先把这个基因敲掉。除此以外,我估计还要敲掉其他一些免疫基因,比如抗体基因和补体基因。目前越过了48小时,基本上过了超急性排斥阶段,后续继续观察。

2,人源化过程

这是另一个问题,就是,要保证这颗心脏安装上去后,能够维持正常的功能,那么往往需要进行基因人源化处理。也就是用人的基因去替代猪的基因。否则可能会出现异种移植后,器官本身出现问题,或者移植上去只是一块肉。因此现在异种器官移植基本上会修改一部分猪的基因,然后才让其可以移植到人身上。

因此,我们可以看到,这个研究中,一共改造了10个基因。

可能对于部分人会觉得,改造几个基因很容易,然而现实中,难度很大。尽管有些研究可以一次性编辑几百上千个基因,但是从我了解的实际中,编辑多个基因难度其实高,所以这个研究还是很厉害的。

02,异种器官移植,一个延长寿命的思路

其实一直以来,异种器官移植,都面临很多障碍,比如医学上的障碍,免疫问题,操作问题,术后护理问题等,不过, 最让人头大的,是伦理问题。然而,这些问题,在生命面前,有那么重要吗?

很多时候,我们做出评价或者所谓的选择,其实是在暂时无需做出选择的时候进行的,所以某种程度上,是“事不关己高高挂起”,然而, 真到了那一刻,可能这种问题,根本不是问题了。

器官缺口是最大的问题。

器官短缺是一个全球性问题,尽管全世界都存在器官捐献,但事实上,能够实现的器官移植非常少。

在我国,每年能够顺利完成器官移植的人也就是1万多例,而需要器官的人群缺口高达150万,这个数字,随着未来老龄化的推进,缺口会越来越大。由于现实问题,以及医学伦理禁止克隆人的现状,可以预见的未来,克隆人是不可能被允许的。

可以预见的未来,克隆人是不可能被允许的

那么,这个时候,异种器官移植事实上就摆在了我们的面前。

对于异种器官移植,其实也不是那么简单。

1, 生物大小要相对匹配

这个其实直接排除了绝大多数生物。可能很多人没意识到,其实自然界中,和人类体型相接近的生物其实并不多,无论是猫狗还是常见实验动物小鼠,和人类体型相差太大(事实上,其他问题也存在,比如鼠的心跳400~500 次)。而大型哺乳动物也存在同样的问题。

2, 器官要相对低廉

这个问题事实上是个很明显的问题,如果一个异种器官极其昂贵,那么其意义就大打折扣,毕竟当今绝大多数人还达不到可以视金钱如粪土的无限使用医疗资源,因病返贫的问题早已是一个现实问题了。而这种情况下,猪就成为了一个重要来源。

1,猪和人类体型非常接近,猪的体重其实和成人大概差不多

2,猪和人类食性一致,代谢相似。作为一种被人类圈养的生物,猪事实上完全适应了人类的生活,人类的食物猪都吃,且相比马牛羊,猪是杂食性的生物。

3,猪相对低廉。

所以,在搜索引擎上,搜索异种器官移植,你会发现,top全是猪。

相信一定有人会问,灵长类不是和人类很接近吗?为什么不用灵长类?灵长类确实是个好的选择,毕竟和人类亲缘关系最近,然而灵长类面临几个问题:

1,价格及其昂贵,以当前实验室为例,一只猴子的成本就已经非常昂贵了。

2,体型相差较大,可能和很多人想法不一样,其实大部分灵长类,和人类体型差异很大。实验室用的最多的猕猴,身高只有50多厘米,也就是大部分人膝盖那么高,体重5-7kg,相当于2个月大小的婴儿。这样的动物,是没法做人类移植的,器官大小匹配度太低。

猩猩是个好选择,但是目前很少有用猩猩做这种研究的。

3, 伦理问题更大,伦理问题是制约灵长类研究的重要因素,甚至可能是主要因素。

事实上,这次疫情,相信大家也看到了,国内疫苗是研究最快最广泛的,除了因为我们科研实力充足,很重要的因素是,疫苗实验需要的猴子,基本上在中国。

4,灵长类规模不容易扩大,和人类一样,大部分情况下,灵长类不是多胎生物,这就意味着种群规模扩大其实很难。

03,猪器官移植,一个可行的思路

1、心脏移植长达945天的存活

2016年,通过对猪的基因进行改造,使其进行了三个基因修饰,分别是敲除了GGAT1基因(用于消除移植过程产生的应激性排斥),过表达hCD46(用于解决免疫问题),hTBM(血栓调节蛋白),然后将这颗上基因修饰的心脏移植到了狒狒身上。

结果,狒狒存活了945天,这基本上接近3年的时间了。

这是迄今为止从猪移植到灵长类上移植后存活时间最长的一个记录了。不仅仅是心脏。

2、肾脏移植长达499天的存活

2019年,美国埃默里大学的研究者同样使用了猪进行异种器官移植,这一次,他们使用的是猪的肾,移植到的是猕猴(Rhesus Macaque)。

同样是对基因进行修饰,分别敲除了GGAT1基因(用于消除移植过程产生的应激性排斥),并表达了hCD55(人免疫基因CD55,用于降低免疫排斥),此外,还进行了合理的免疫抑制剂方案,比如αCD4和antiCD154联合。

结果,该猕猴存活时间499天。

3、不仅仅是普通灵长类,事实上已经有了人类的移

国内做的比较强的湘雅医院已经进行了猪胰岛到人类的移植

完成了对10名1型糖尿病患者进行猪胰岛移植临床研究。跟术前比较,患者总体胰岛素使用减少60%以上,最好效果减量90%。根据国际共认的胰岛移植综合评分,平均达到0.62分,最好达到0.88分(完全治愈糖尿病为1分)

事实上具备了临床应用的意义。

除此以外,目前已经进行的异种器官移植包括胰岛、皮肤、角膜等诸多器官。

目前,猪是所有异种器官移植中,进展最快的一种,远远领先其他物种至少一到两个时代。

不过值得注意的是,目前在灵长类的器官移植是能够长期成功地基本上异位移植,换句话,这个器官并没有真正意义上接到原有位置并替代原有器官。

04,未来会如何?

其实除了异种器官移植,还有其他思路

1,干细胞技术

很有希望的明星技术,但是目前无法培养成器官。

2,3D打印技术

目前需要解决的是如何让一个器官最大程度具备生物学活性。尽管目前已经实现了可以让肺具有一定的自主能力或者心脏能跳动,但是距离器官,非常遥远

3,克隆

其实克隆是最理想的办法,很多人希望用自己的细胞培养出器官,不过遗憾的是,目前我们不具备【单独】克隆某个器官的能力。

一种策略就是让克隆到胚胎阶段发育到成型,然后取器官。然而,这是违法的。那么,面对“尚未到来”的未来,和活在当下的现在,只能做一个妥协。

异种器官是一个现实可行的策略,本身是来源于动物的活器官,且可以临床实现移植并存活。那么,在未来到来之前,可能是“唯一策略”。

至于排斥问题、器官寿命问题,这些当然是重要因素,但不是核心因素,毕竟对于很多人来说,延长一天那也是值得的。

“虾仁猪心”——给人换一个猪心怎么样?

图文简介 原创

异种器官是一个现实可行的策略,本身是来源于动物的活器官,且可以临床实现移植并存活。那么,在未来到来之前,可能是“唯一策略”。