异种移植存在超急性排斥问题,解决的方法之一是敲除掉引起超急性排斥反应的抗原,比如α-1,3-半乳糖转移酶 (α-1,3-galactosyltransferase,αGT)[Lai L, Kolber-Simonds D, Park, K.W, et al. Production of alpha-1,3-galactosyltransferase knockout pigs by nuclear transfer cloning. Science,2002,295:1089-1092.],但还是会发生慢性排斥反应,在免疫抑制剂下最多只能存活1年多,故不是长远之计。而类器官 (organoid)可能存在器官功能不全,不能形成完美的可移植器官[Schutgens F, and Clevers H. Human Organoids: Tools for Understanding Biology and Treating Diseases. Annu Rev Pathol,2002,15:211-234.]。那么,如何用动物培育不会发生免疫排斥的含人类细胞的移植物(细胞、组织或器官)?
1978年,Mintz把129-S系小鼠畸胎癌细胞,移体植到C57-b系小鼠的囊胚里,然后,再将囊胚移植到其它养母鼠的子宫内,使其进一步发育,结果产下了种系互相混杂的呈镶嵌花样的正常的小鼠,而且一切组织、器官都是由这两种小鼠的细胞嵌合组成的。提示,也许可以采用异种嵌合体(interspecies chimaeras)技术生产移植物。据此,2011年,笔者提出了采用异种嵌合体技术,生产不会发生免疫排斥的人类移植物[专利申请号:2011102321268;2011104071680;2011104197640;2011102054905]。比较了各种方案,目前来说笔者的方案还是最先进的。主要方法如下:
把来自人类中需要器官移植的患者的iPS细胞,注射到经过基因改造的不会发生超急性或/和急性的排斥反应的猪(或灵长类等其它动物)的囊胚里,然后移植到子宫发育,产下含有人类细胞的嵌合体小猪。只要这些猪器官中含有1~2%的人类细胞,移植到患者的体内,并适当使用免疫抑制剂,免疫系统就会温柔地把猪细胞慢慢消灭掉,留下的空穴就会被猪器官组织中的人类成体干细胞,通过细胞分裂和细胞分化填补上去,最后这个来自猪的人-猪细胞嵌合体器官就会变成全部由人类细胞组成的器官,由于基因与患者相同,接受器官移植的患者就可以无需终身服用免疫抑制剂了。
目前遇到的麻烦是人-动物嵌合体的器官中的人类细胞比例过少等问题。因此,如何增加人-动物嵌合体器官中的人类细胞的比例等是个关键问题。设想的解决方向包括动物囊胚或胚胎弱化技术、基因改造技术或用人-灵长类动物嵌合体技术。
可喜的是,2020年12月28日,东京大学和斯坦福大学中内启光(Hiromitsu Nakauchi)领导的研究小组在Cell Stem Cell杂志上在线发表题为Generation of Functional Organs Using a Cell Competitive Niche in Intra- and Inter-species Rodent Chimeras的研究论文,作者证明通过CRISPR/Cas9产生Igf1r(胰岛素生长因子1)缺失的小鼠胚胎,营造了一种“细胞竞争微环境”(cell-competitive niche),大大增加了种内和种间啮齿类动物嵌合体中的供体细胞的比例。重要的是,Igf1r 缺失并不影响早期胚胎发育[https://doi.org/10.1016/j.stem.2020.11.019]。终于让生产移植的嵌合体器官技术走近实用化,希望国家或有关部门会重视和研究笔者提出的方案,以早日造福人类。-原创:黄必录