新的发现强调了嵌合生物在科学和医学上的前景

在不同物种的有机体中培养一种物种的细胞、组织和器官的能力迅速提高，为解决长期存在的科学谜团和紧迫的人类健康问题，特别是可移植器官和组织的需要，提供了前所未有的机会。

在2017年1月26日的《细胞》(Cell)杂志上发表的一篇力作中，索尔克研究所(Salk Institute)的科学家报告称，在将一个物种的干细胞整合到另一个物种早期发育的竞赛中，多个领域都取得了突破。

结合最先进的基因编辑和干细胞技术，科学家们能够在一只正在发育的老鼠身上培育出一只大鼠的胰腺、心脏和眼睛，从而证明了一个物种的功能器官可以在另一个物种身上生长。他们还能够在猪和牛的早期胚胎中生成人体细胞和组织，这标志着利用器官大小、生理和解剖结构与人类相似的大型动物来生成可移植人体器官的第一步。然而，科学家们发现，完全整合来自不同物种的细胞可能比整合来自老鼠和老鼠的细胞要困难得多，老鼠和老鼠是近亲。

“我们的发现可能提供希望推进科学和医学研究提供了前所未有的能力胚胎早期发育和器官的形成,以及潜在的医疗治疗新途径,”索尔克教授胡安·卡洛斯说Izpisua Belmonte,纸和领先的资深作者在这一领域的专家。“我们已经证明，一种精确的靶向技术可以让一个物种的有机体产生由另一个物种的细胞组成的特定器官。”这为我们研究物种进化、生物学和疾病提供了一个重要的工具，并可能最终导致人类器官生长以供移植。

种间嵌合体是一种含有不同物种细胞的生物体。“奇美拉”一词最初描述多神宗教中的神话生物或神灵。在科学上，种间嵌合体已经成为有价值的基础研究工具，具有潜在的临床应用前景。在2015年发表在《自然》(Nature)杂志上的一项研究中，伊兹皮苏亚贝尔蒙特(Izpisua Belmonte)的团队报道了首次成功的尝试，即将人类多功能干细胞完全整合到无法存活的小鼠胚胎中，从而使人类细胞开始发育成非常早期的组织。

长期以来，科学家们一直希望在实验室中利用干细胞为患者培育替代器官，但这被证明具有挑战性，因为从头开始重建动物生理机能非常复杂。索尔克早期的研究为另一种选择打开了大门:利用动物嵌合体宿主来生长人体组织和器官。这项研究还为人类和动物的早期发育打开了一扇新窗户，为研究复杂的发育过程提供了一种新方法，这些发育过程协调了细胞如何形成人体的许多组织和器官。

新的Cell论文报告了Izpisua Belmonte团队是如何在早期工作的基础上进行扩展的，详细介绍了Belmonte实验室为推进这项技术而进行的各种实验。

在一项实验中，他们使用一种名为CRISPR-Cas9的基因编辑技术，对小鼠胚胎进行基因编辑，以关闭产生胰腺的基因。然后，他们将包含完整胰腺基因的大鼠多能干细胞植入每个小鼠胚胎。一旦植入代母老鼠体内，胚胎就会正常发育——除了每个老鼠都长出了一个大鼠胰腺这一事实。这一成功促使研究小组尝试在老鼠身上培育其他器官，包括眼睛和心脏。

令人惊讶的是，他们还观察到大鼠多能干细胞在小鼠体内生成了一个胆囊，而这一器官在大鼠体内并不存在。“我们的啮齿动物实验揭示了一个深刻的秘密，那就是一只正在发育的老鼠能够在大鼠细胞中开启一个胆囊发育程序，而这个程序在大鼠发育过程中通常是受到抑制的，”索尔克大学的科学家、前几篇和最新几篇论文的第一作者吴俊(Jun Wu)说。“这突出了宿主环境在控制器官发育和进化物种形成方面的重要性。”

吴说，在小鼠和大鼠身上进行的实验还表明，在动物身上培育用于移植的人体器官实际上是可能的。“每只老鼠都很健康，寿命也很正常，这表明发育进展正常。”

然而，在小鼠或大鼠身上培育人体器官是不现实的，因为啮齿动物太小，发育也不一样。所以在其他实验中，研究小组转向了猪，它们的器官大小和发育时间更接近人类。在培育出几种不同类型的人诱导多能干细胞(iPS)后，科学家们将最有希望的类型植入猪胚胎，并成功地将这些胚胎植入母猪体内。为了评估这项技术的安全性和有效性，研究人员在四周后停止了这项实验。

一些胚胎显示，猪体内的人类细胞开始分化并转化为组织前体，但猪体内人类诱导多能干细胞的成功率和贡献水平远低于含有大鼠细胞的小鼠胚胎。

该结果是首次成功地将人类诱导多能干细胞整合到大型动物物种中，可能为人类疾病的发生和发展提供新的见解，并为药物毒性测试提供新的平台。科学家们强调，这项研究仍处于非常早期的阶段，开发基于该技术的医疗疗法仍面临重大挑战。

“当然，嵌合研究的最终目标是了解我们是否可以利用干细胞和基因编辑技术来产生基因匹配的人体组织和器官，我们非常乐观地认为，持续的工作将导致最终的成功，”Izpisua Belmonte说。“但在这个过程中，我们对物种进化以及人类胚胎发生和疾病有了更深入的了解，这是很难通过其他方式获得的。”