读创/深圳商报记者陈姝
器官移植手术中最大的痛点往往不是医者技术缺陷，而是紧张的器官供需关系。干细胞生物学家、斯坦福大学/东京大学教授中内启光在去年7月，首次获得批准进行含有人类细胞的动物胚胎实验。他的研究将探求在动物体内培育人类靶向器官的可能性，为器官移植开辟新的供给通道。11月7日，中内启光在线上举行的腾讯科学WE大会上说，如果研究取得成功并能够为患者提供自体器官，就可以挽救许多患者的生命或提高他们的生活质量，并大大降低医疗费用。谈及其研究的伦理问题时他表示，所有研究都是在得到相关机构批准的情况下进行的，会保持透明度并接受相机构的监督。
中内启光说，用患者自身的干细胞制造出可移植的器官并不容易。因为器官是三维立体的，一个器官就有很多不同的血清型，在培养皿中用器官生成器官的方法是不可行的。他的思路是在活体中培育器官，也就是在动物体内的生长环境中，通过使用诱导多能干细胞技术制造嵌合体的方法来培育器官。
中内启内目前正在研究在牲畜体内培育人体器官。假设有一位晚期心衰患者，首先生成患者的诱导多能干细胞，然后将其注入有器官形成障碍的猪胚胎的囊胚中。“这听起来像科幻故事，但我们已经通过啮齿类动物实验得到了很好的数据验证”，他说。
目前，中内启光团队正在斯坦福大学进行人-羊嵌合体培育试验。他们将人类诱导多能干细胞注入绵羊胚胎，然后将嵌合体胚胎移植到代孕母羊的体内。虽然人类诱导多能干细胞注入了母羊体内，但它们会随着时间的推移而消失，不过它们为“人-羊嵌合体”研究做出了有意义的贡献，对于“人-猪嵌合体”实验也是如此，“跨物种嵌合体的形成是有壁垒的，我们称之为异种壁垒”，他说，了解和改造这一异种壁垒，可能就是在动物体内成功培育人体器官的关键。
谈及这项研究的伦理和社会问题，他说，很多人的担忧在于动物的人像化，比如人面猪身，这是具有人脑或人类生殖细胞的猪，还有人认为利用动物培育人类器官是对动物福祉的侵害。“但我想强调的是，我们的所有研究都是在得到相关机构批准的情况下进行的，包括*府以及斯坦福大学道德委员会和相关大学的动物实验委员会。我们正一步步地做研究，保持透明度并接受这些机构的监督”。
中内启光表示，如果研究取得成功并能够为患者提供自体器官，就可以挽救许多患者的生命或提高他们的生活质量，并大大降低医疗费用。
以下为中内启光教授演讲全文
大家下午好，我是中内启光，在斯坦福大学担任教授。很高兴能在这里谈谈我们最具挑战性的科研项目，我们正为之努力着。
我的演讲题目是：异种培育人体器官。我们正尝试在动物体内培育功能完整的可移植的人体器官。
我们为什么要研究这个课题？很多病人都会出现晚期器官衰竭，对于某些人体器官，我们已经有人造或机械器官来取代它们的功能，但目前器官移植仍是治疗晚期器官衰竭的唯一方法。可是这种疗法面临几个问题，我认为器官捐献不足是主要问题之一。比如仅仅在美国，就有10万多人在等待器官移植，但只有3万人能够获得移植，这导致每天都有20人在等待移植的过程中逝去。另外，每10分钟就会新增一名需要器官移植的病人，因此器官移植的供需有着巨大的差距，再加上器官捐献严重不足，甚至催生了贩卖人体器官的黑市。据估计，全球10%的移植器官都来自这些非法黑市，所以这是一个严肃的伦理问题。即使病人足够幸运得到了移植，也必须吃药来抑制免疫系统，防止人体对移植器官产生排异反应。因为它是别人的器官，不是你的器官。
但大家想一想，像缺乏捐献和免疫排斥这些问题，其实都是可以解决的。比如我们用患者自身的干细胞制造出可移植的器官，但显然这并不容易。因为器官是三维立体的，一个器官就有很多不同的血清型，所以在培养皿中用器官生成器官的方法我认为是不可行的。所以我的思路是在活体中培育器官，也就是在动物体内的生长环境中，通过使用诱导多能干细胞技术制造嵌合体的方法来培育器官。我想先解释两个问题，首先，什么是嵌合体？它并不是希腊神话中或漫画中的怪物，而是具有有着不同基因背景的两种或更多种血清型和细胞的混合体，有着两种不同基因背景的细胞。大家比较容易理解的可能是部分嵌合体，比如接受了血液、骨髓或器官移植的人，就是所谓的部分嵌合体，因为他体内有别人的细胞。
但我要讲的是系统性嵌合体，它是由两个早期胚胎结合在一起形成的。由于系统性嵌合体有可能在体内生成任何细胞，所以它的每个组织和器官中都有两种类型的细胞，这就与部分嵌合体不同。
那我们怎么得到嵌合体呢？我们将小鼠的多能干细胞注入大鼠的囊胚期胚胎，囊胚期是胚胎的早期阶段，通常是受孕后的三到四天形成。我们通过这里展示的显微操作注入这些小鼠的诱导多能干细胞，我们将诱导多能干细胞做成红色，24小时后它看起来就是这个样子。很明显这些细胞结合在了一起，这就是嵌合体胚胎。然后我们把这些胚胎注入到受体鼠体内，三周后两种鼠类的嵌合体就产生了，这就是我们培育嵌合体的方法。那什么是诱导多能干细胞？我认为它是最伟大的生物学和医学发现之一。
非常令人惊讶，比如我们选用皮肤纤维源细胞之类的体细胞，然后在其中引入胚胎干细胞中的4个基因。我们会惊讶地发现这些体细胞变成了多能干细胞这样的胚胎干细胞，这就是诱导多能干细胞名字的由来。生成之后，它们就像胚胎干细胞一样活动，并且可以分化成许多不同的细胞类型。这项技术可以让我们容易地培育来自患者的多能干细胞，这不仅是对生物学也是对医学的重要贡献，尤其是再生医学，它的发现者山中伸弥也因此在前些年获得了诺贝尔奖。
这张图展示了我们未来的目标，大家可以看到，我们正在研究在牲畜体内培育人体器官。假设有一位晚期心衰患者，我们首先生成患者的诱导多能干细胞，然后将其注入有器官形成障碍的猪胚胎的囊胚中。这个胚胎事先经过基因改造，所以无法自我形成心脏。那么如果我们可以生成人-猪嵌合体，这个嵌合体全身都应该有人类细胞，尤其心脏应该完全是由人类细胞组成的，因为猪细胞无法生成心脏。所以当这只嵌合体猪长到一定程度，我们就可以取出心脏供人体移植。尽管这颗心脏是在猪体内培育的，但心脏细胞完全来自病人自己的诱导多能干细胞，所以它本质上属于自体器官移植。也就是病人自己的细胞和心脏移植到自己体内，所以移植时和移植后都不需要免疫抑制，这就是我的设想，人们称之为囊胚器官互补。这听起来像科幻故事，但我们已经通过啮齿类动物实验得到了很好的数据验证。
这是我们前些年做的第一个实验，我们准备了无法形成肾脏的小鼠，因为我们删除一个叫Sall1的基因，这个基因是形成肾脏的关键。我们将野生小鼠的胚胎干细胞和诱导多能干细胞注入无法生成肾脏的小鼠囊胚中，注入的多能干细胞生成的细胞，在某种程度上弥补了胚胎无法生成肾脏的不足，并最终与肾脏形成一个嵌合体。而这样形成的肾脏完全来自注入的多能干细胞，不仅是肾脏，该方法还适用于培育其它器官。比如，胰脏、胸腺、肝脏、血管和血液，以及最近培育的脑、肺和甲状旁腺等。
我们对大多数器官的试验都取得了成功，因此该方法应该能够实现通过诱导多能干细胞培育器官，但这是同一种鼠类之间的嵌合体。为了培育人体器官，很显然我们还需要利用其它物种来进一步试验。因此为了验证不同物种，验证我们能否跨越物种壁垒。
我们尝试了用两种鼠类来获得验证数据。它们看起来很像，但却是不同的物种，它们不能交配，它们的染色体数量不同。大家可以看到，大鼠比小鼠体型大10倍。我们想要证实这种跨物种囊胚互补的设想，如大家所见，我们尝试培育出有大鼠胰脏的小鼠。我们将大鼠的多能干细胞注入删除了Pdx1基因的小鼠的胚胎内，Pdx1是胰腺发育的一个重要基因。
实验结果令人惊讶又觉得有趣，嵌合体胰脏与小鼠胰脏一样大小。本来我们预计嵌合体胰脏会综合两种鼠类的特性，大小介于两者之间，但我们得到的嵌合体胰脏都是和小鼠胰脏一样大。小鼠胰脏般大小的嵌合体胰脏，反过来也是一样。因此尽管胰脏细胞是由大鼠的细胞组成的，但胰脏的大小却和小鼠的一样。由于胰腺太小，并不能移植回大鼠体内，这是我们想向大家说明的一点。
随后我们尝试了另一种方法，我们进行了一个相反的实验。我们准备了删除了Pdx1基因的大鼠，将小鼠的诱导多能干细胞注入大鼠的胚胎。大家可以猜到，这次我们得到了和大鼠胰脏一样大的嵌合体胰脏，大部分胰脏的大小都和大鼠的一样。看来决定器官大小的不是细胞，而是发育环境，发育环境似乎决定了器官的大小。但还是一样的问题，大鼠体内生出的胰脏太大，无法移植到小鼠体内。因此我们没有移植整个器官，而是尝试移植胰岛。大鼠体内生成的小鼠胰脏的胰岛，胰岛是胰脏中的一小簇细胞。胰岛包含重要的细胞，比如可分泌胰岛素以维持正常血糖水平的β细胞。
我们从大鼠生成的巨大的小鼠胰脏中提取出了胰岛，然后将个胰岛移植到了有糖尿病的小鼠体内，我们是通过药物诱发糖尿病的。大家可以看到，通常有糖尿病的小鼠的血糖水平超过mg/dl，但所有接受胰岛移植的小鼠的血糖水平都在一年后恢复正常，而当我们把胰岛从小鼠体内取出后，它们的血糖水平又上升了。这表明移植的个胰岛对血糖水平恢复正常起到了作用，我们用的是成年小鼠作为受体。它们生存了两年，维持正常血糖水平一年，因此这几乎是意味着终生治愈。最重要的是，因为没有发生排异反应，我们没有对小鼠进行任何长期免疫抑制。因为胰脏细胞都是来自小鼠自身的，我是说胰脏细胞属于小鼠的自体细胞，尽管胰脏是在大鼠体内生长的。我们对这些数据很满意。
如大家所知，小鼠和大鼠这样的啮齿类动物体型太小，无法用于培育人体器官，所以我们决定在更大的动物身上进行实验。我们选择了猪和羊，因为它们在器官大小以及生理学和解剖学上与人类相似，而且它们生长速度快，它们的器官可以在一年之内就长到和人体器官差不多大小。而猴子这样的灵长类动物，它们需要更长的时间才能长得足够大、足以培育人体器官。我们已经完成了实验并发表了论文，证明囊胚器官互补法在猪这样的大型动物身上也是可行的，我们能够在胰脏克隆猪体内培育外生猪胰脏。
现在我们正在斯坦福大学进行人-羊嵌合体培育试验。如图所示，我们将人类诱导多能干细胞注入绵羊胚胎，24小时后就是这个样子。我们仍然可以在绵羊胚胎中看到tdTomato标记的人类诱导多能干细胞，然后我们将这些嵌合体胚胎移植到代孕母羊的体内。大家可以看到，和鼠类实验不同，这是个大工程。我们需要很多医生的帮助，手术在加州大学戴维斯分校进行，可以看到我们的合作者罗斯教授，正在将这些嵌合体胚胎注入代孕母羊的子宫。虽然人类诱导多能干细胞注入了母羊体内，但它们会随着时间的推移而消失。
不过它们为人-羊嵌合体研究做出了有意义的贡献，对于人-猪嵌合体实验也是如此，所以我们认为跨物种嵌合体的形成是有壁垒的，我们称之为异种壁垒。我认为这似乎反映了两个物种之间的基因或进化差异，这种差异在鼠类啮齿动物之间比在人与猪或羊之间要小，因此了解和改造这一异种壁垒，可能就是在动物体内成功培育人体器官的关键。
最后，我想谈谈这项研究的伦理和社会问题。我知道这项研究会涉及到一些这样的问题。通过和他人的讨论我发现，很多人的担忧在于动物的人像化，比如人面猪身，这是具有人脑或人类生殖细胞的猪，还有人认为利用动物培育人类器官是对动物福祉的侵害。
但我想强调的是，我们的所有研究都是在得到相关机构批准的情况下进行的，包括*府以及斯坦福大学道德委员会和相关大学的动物实验委员会。我们正一步步地做研究，保持透明度并接受这些机构的监督。
我还想再次强调一点，如果研究取得成功并能够为患者提供自体器官，就可以挽救许多患者的生命或提高他们的生活质量，并大大降低医疗费用。
最后，我要感谢为我们提供过帮助的人们，我今天介绍的研究成果是在许多人的支持下完成的。
我就讲到这里，感谢聆听！
