动物器官移给人,日本即将解禁“异种器官移植”

生命科学 2018年05月09日

据2018年4月27日《读卖新闻》报道,在充分考察了已准许开展用猪等动物生产人类器官研究的国家之后,日本也计划在三季度加入该行列。届时日本器官移植供给不足的现状将大大缓解,但技术上的挑战和伦理上的担忧使得器官异种移植的道路依然充满变数。

“具有正常机能的人体器官,如若能在动物体内培育成功,则(移植医疗领域)很多问题都可以迎刃而解”,美国斯坦福大学教授、东京大学特聘教授中内启光(Hiromitsu Nakauchi)在3月份的东京论坛上如是说。当年有东京大学“iPS细胞第一人者”之称的中内教授,接受斯坦福大学的邀请出走加州,在日本国内也引起了不小的轰动。中内教授在赴美后,积极推动国际间科学技术合作与共同研究,直接参与了日本-美国、日本-加拿大国家间多个富有挑战性的合作课题。

2010年,中内教授曾通过基因工程的手段限制小鼠(Mouse)囊胚中胰腺的自然发生,然后将后期可诱导分化成各种体细胞的大鼠(Rat)来源多功能干细胞注入上述囊胚中,再回植到原小鼠的子宫内,最终成功用小鼠培育出了大鼠的胰脏。此后,又逆向操作在大鼠体内成功培育出了小鼠胰脏。更为振奋人心的是,中内教授用培育出的小鼠胰岛移植到糖尿病小鼠模型后,成功治愈了小鼠的糖尿病(图1)[1]。该研究成果于2017年1月25日发表在《Nature》在线版上[文献1]。

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图1 异种培育胰脏治愈小鼠糖尿病(图片来自于东京大学新闻稿)

中内教授打算按照同样的思路,挑战在猪、羊等动物体内培育“人体器官”。比如将人工诱导多功能干细胞(iPS Cells)注入基因操作过的猪囊胚中,使育出长有“人胰脏”的猪来。

在日本,虽然人畜细胞混合的“嵌合胚”依照现行法规不允许回植到子宫进行培育,但日本政府综合科学技术会议出于推动科学研究的考虑,于2013年给出了原则上同意回植到子宫并允许出生的放行意见。五年来,文部科学省就相关指导规范修改事宜进行了多次辩论和考证。终于在2018年3月底,提出了在保证不产生“人畜分界不明生物”的前提下,准予有序开展长有人源化器官的动物培育、生产等研究的报告草案。

此类研究的解禁,可以通过培育长有患病人体器官的动物疾病模型,可以考察不同疾病的发生机制和开展相关药物的“无人临床试验”。也可以通过培育长有正常人体器官的动物来破解目前器官移植供体不足的困境。直接采用患者的iPS细胞制作嵌合胚,获得的“人源化动物器官”理论上不会产生移植排斥反应。

中内教授目前在美国主要利用羊来开展研究,计划在日本采用猪作为主要研究对象,希望在五年内实现人体器官的异种供给。但是在技术层面上仍然存在一定的挑战。虽然猪或羊与人的内脏器官相似度较高,但二者基因上的巨大差异,令能否实现像大鼠/小鼠那样完美的种间器官培育依然充满未知数。实际上目前最新研究发现,初步将人源iPS细胞注入猪或者羊的囊胚中后,人源细胞增殖缓慢,最终至多占到全胚的0.01%左右。但想要制备出人源化器官,至少要达到1%以上,所以技术手段仍旧需要完善。

因为担心iPS细胞分化出人源化生殖细胞、脑神经细胞等,所以在秋季规范修改中,将严禁上述实验中出生动物的再交配以及利用其人源化生殖细胞进行受精等。虽然目前产生出具有像人一样高度发达大脑机能的动物概率极低,但是为了避免出现似人非人的生物,从国家层面到各个大学、研究机构在研究具体实施过程中仍须严格的审核和把控。另外,民众对“动物工具化”等的反对声音也存在。正在伦理层面进行民意调查的京都大学特任助教泽井努说,将研究目的和研究方法等以通俗易懂的形式展现出来,尽量争取社会民众的理解是十分必要的。

据日本器官移植组织统计,目前等待器官供体的患者仅日本国内就多达一万四千人左右。其中移植手术实际能成行的每年仅仅有可怜的三四百例。美国在2017年中共有11万7000人在等待供体,平均每天有22位急需移植手术的病人在静静无奈地等待中绝望离世。

到目前为止,日本以外的国家和地区总共开展了大约200多例猪器官移植到人体的试验,其中还未曾有术后发生人体感染逆转录病毒的案例报导。尽管如此,出于对其安全性的担忧,异种移植还未能作为标准医疗手段被广泛认可。大概十年前,新西兰、阿根廷等国家,将弱化了排异反应的异种器官移植到糖尿病患者身体上后,取得了一定的治疗效果。

不论在器官移植的临床实践还是异种器官移植的基础科研,中国都走在了全世界的前列。中国拥有着世界上最大的器官移植需求市场、世界上最宽泛的供体渠道和世界上最大的器官移植供体库。但是中国肝移植注册系统公布的数据显示,2007年最高人民法院收回死刑核准权后,当年肝移植数量即较2006年锐减三分之一,降至1822例。2013年,北大人民医院开始停用非自愿捐献来源器官后,全院当年仅做了数十例肝移植手术[2]。2015年1月1日,原卫生部副部长、中国人体器官捐献与移植委员会主任委员、中国医院协会人体器官获取组织联盟主席黄洁夫宣布:即日起,中国全面停止使用其他移植供体来源,公民逝世后自愿器官捐献将成为器官移植使用的唯一渠道。当时大陆共有169家拥有资质的医院,可以开展心脏、肺脏、肝脏、肾脏等器官的移植手术。黄洁夫说,大陆每年大约新增30万患者急需器官移植,但每年器官移植的手术仅为一万多例,现阶段中国公民身后器官捐献率大概只有百万分之零点六(截至当时全国共历史累计实现公民逝世后捐献器官2948例,历史累计捐献器官7822个),是世界上器官捐献率最低的国家之一[3]。

中国官方书面确认限定器官供体来源,时任国家卫生计生委医政医管局局长王羽也曾明确表态,将依法严肃查处违法、违规的买卖和私下分配人体器官等行为。这一系列动作,令世界上最大的器官移植需求市场随即承受了巨大的压力,同时也促进了基础科研院所和科技企业对异种器官移植研究的关注。陕西第四军医院及上海、北京、广东等地医院,都承接了国家相关研究课题。猪角膜对人移植手术也大获成功。2017年8月11日,新华社报导世界首批不带内源性病毒的克隆猪在中国问世[4],有望在2019年实现用该克隆猪器官的移植手术。这项由云南农业大学、浙江大学、第三军医大等单位联合丹麦、美国科学家利用CRISPR-Cas9基因操作技术实现的重大突破性工作成果发表在2017年8月10日的《Science》上[文献2]。

上世纪90年代,异种器官移植曾一度引起研究者们的广泛关注。但猪器官在试验中一直伴随的人体免疫排斥,以及其内源性逆转录病毒对人体存在的潜在风险,使得世界卫生组织(WHO)最终表示在未找到解决办法之前,暂停一切异种器官移植的临床试验。厚生劳动省在2016年,对原完全禁止异种移植的规定做了改动:移植用猪必须在清洁环境中隔离培养,需要检查四十几种病毒情况,并在严格跟进调查病人术后情况的条件下可实施移植手术。

明治大学、京都府立大学等科研团队2018年3月10日在大阪府吹田市召开的第20届日本异种移植研究会上公布,已经培育出可供人体移植用的“无菌猪”,2019年起量产实现稳定供给[5]。研究团队选用体型较小的迷你猪进行无菌饲养。将三头怀孕母猪的子宫在临近生产前取出消毒,然后从中取出17头乳猪用灭菌人工乳喂养,大概饲养三周后达到体长30公分左右/体重1.8公斤左右即可用于器官移植(图2)。

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图2 “无菌猪”培育流程示意图(图片出自《读卖新闻》)

国立国际医疗研究中心(东京都)的霜田雅之教授表示,由该中心联合多家研究单位面向糖尿病患者临床应用的取材猪胰岛的“生物人工胰岛”开发成功,预计3-5年内展开临床研究[6]。整个课题包括医疗用猪供体系统准备、猪胰岛分离回收和培养体系开发、胰岛胶囊化技术开发、低侵袭易着生可摘除的最优移植部位选择和移植方法的开发、术后有效性及安全性的动物实验预评估、生物人工胰岛的长期保存与远地运输方法开发等等多个要点(图3)。

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图3 采用猪胰岛开发生物人工胰岛技术示意图
(图片来自故乡纳税网官方赞助研究课题公示材料)

由I型糖尿病患者及其家人成立的“日本IDDM组织”(加贺市)[7],向上述明治大学的“无菌猪”和国立国际医疗研究中心的“生物人工胰岛”等项目累计赞助了1亿5千万日元研究经费。I型糖尿病属于先天性疾病,大多数从婴幼儿到青少年期间发病,所以被称为青少年糖尿病。I型糖尿病为自体免疫性疾病,因为机体无法产生足量或者根本无法产生胰岛素,所以病理上也被称作胰岛素依赖性糖尿病(Insulin-Dependent Diabetes Mellitus, IDDM)。目前人类还无法根治I型糖尿病。所以不管外界对异种器官移植争论有多喧嚣,但“对病人来说,异种移植至少是一个重要的选择”,65岁的“日本IDDM组织”理事长井上龙夫强调说。

供稿 宋傑
编辑修改 客观日本编辑部

参考文献:
1.Yamaguchi, T., Sato, H., Kato-Itoh, M., Goto, T., Hara, H., Sanbo, M., Mizuno, N., Kobayashi, T., Yanagida, A., Umino, A., Ota, Y., Hamanaka, S., Masaki, H., Rashid, S. T., Hirabayashi, M. and Nakauchi, H. (2017). Interspecies organogenesis generates autologous functional islets. Nature. "PMID": 28117444.

2. DONG NIU, HONG-JIANG WEI, LIN LIN, HAYDY GEORGE, TAO WANG, I-HSIU LEE, HONG-YE ZHAO, YONG WANG, YINAN KAN, ELLEN SHROCK, EMAL LESHA, GANG WANG, YONGLUN LUO, YUBO QING, DELING JIAO, HENG ZHAO, XIAOYANG ZHOU, SHOUQI WANG, HONG WEI, MARC GÜELL, GEORGE M. CHURCH, LUHAN YANG. Inactivation of porcine endogenous retrovirus in pigs using CRISPR-Cas9. Science. 10 Aug 2017. DOI: 10.1126/science.aan4187

相关链接:
1. 异种嵌合体动物体内生成的胰脏,成功治愈小鼠糖尿病 (2017年1月26日东京大学新闻稿)[PDF]
2. 中国器官捐献乍暖还寒 《新华网》[网址]
3. 中国全面叫停使用死囚器官作为移植供体来源 《央广网》[网址]
4. 世界首批对器官移植无“毒”活猪诞生 《新华社》[网址]
5. 臓器移植用ブタを作製、来年初めに供給開始予定…明大・京都府大《读卖新闻》[网址]
6. 用于临床的生物人工胰岛移植开发[PDF]
7. 日本IDDM组织[网址]

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