據 NewScientist 報道,幹細胞與生殖生物學國家重點實驗室的一組研究人員通過在豬胚胎中添加靈長類動物細胞,首次創造「豬猴嵌合體」。嵌合體是包括不同基因型活細胞所構成的任何生物體。簡而言之,研究人員將猴子細胞添加到了豬的胚胎中,然後觀察了出生的仔豬。

該團隊處理了4000多個胚胎,所有胚胎都植入了母豬,最終只有10隻仔豬出生。仔豬的外觀基本保持不變,但是科學家們能夠觀察到猴細胞,這些猴細胞經過基因編輯以發出熒光,從而易於觀察。在十隻仔豬中,實際上只有兩隻是嵌合體。兩隻仔豬都在出生後一周內死亡。他們的死因尚未確定。

大師兄與二師兄這樣合體!中科院世界首例「豬猴同體」混合生物,出生一周內死亡?

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報道:Exclusive: Two pigs engineered to have monkey cells born in China


導讀:

器官移植是治療器官衰竭病人最有效的手段,但目前中國人體器官捐獻的供需僅有1:30。

運籌學與管理科學研究協會發表在 INFORMS(The Institute for Operations Research and the Management Sciences)的一項研究指出,全世界每天有18人在等待移植中死亡,每10分鐘就有一名新病人加入器官移植名單。

通過多能幹細胞進行異種嵌合被認為是有可能在動物體內獲得人類器官的方法,期許能夠補充器官移植的巨大需求以及解決移植排斥問題【1】

2010年大鼠器官在小鼠胚胎內成功構建。利用大鼠的多能幹細胞(pluripotent stem cells,PSC)與PDX-1缺陷(pancreatic and duodenal homeobox-1 deficient)的小鼠胚胎形成嵌合體則能夠得到具有正常生理功能的大鼠胰腺【2】。類似的研究也可以從裸鼠中得到大鼠的胸腺組織。


自20世紀70年代以來,世界各國的科學家們一直在以異種嵌合體,如綿羊-山羊嵌合體、大鼠-小鼠嵌合體等回答一些基礎發育生物學問題。

目前小鼠是主要的嵌合宿主,但是由於嚙齒動物和人之間的胚胎大小和妊娠期區別過大,需要尋找其他更為合適的嵌合宿主。

Juan Carlos Izpisúa Belmonte帶領的團隊首次在大型動物中實現了嵌合研究【1】。該團隊成功的將hPSC整合到豬的胚泡中,成功實現了hPSC在早期豬胚胎中存活。

但近年來多項研究結果表明人類胚胎幹細胞在大動物胚胎內的嵌合難度大,仍需要解決大量的基礎科學問題,且相關的倫理問題阻止了人類嵌合體在胚胎後期的研究。

靈長類PSC具有與hPSC相似的多能分化能力,是很好的研究嵌合體形成器官的模型。非人靈長類動物的異種嵌合體也是研究疾病、生長發育以及器官移植的潛在模型。有研究發現食蟹猴來源的PSC也可以在最佳的培養條件下存活於嵌合體中。


研究解讀

近日,中國科學院中國科學院動物研究所和中國科學院幹細胞與再生醫學創新研究院周琪李偉海棠課題組(助理研究員付銳余大為、博士生任吉龍李崇陽為共同第一作者)在Protein Cell(也是BioArt創始人擔任執行主編的一本期刊)雜誌上發表了題為Domesticated cynomolgus monkey embryonic stem cells allow the generation of neonatal interspecies chimeric pigs的文章。

研究團隊評估了食蟹猴胚胎幹細胞在豬中的嵌合能力,通過優化其培養和嵌合系統,增強食蟹猴胚胎幹細胞的抗凋亡能力,改善嵌合胚胎的發育,最終獲得了兩個食蟹猴-豬嵌合體。

作者首先篩選用於嵌合體的最佳食蟹猴PSC(cmPSC)。

作者培養了三種:

起始期 PSC(primed,有研究表明這個階段的PSC已經能夠參與器官形成)【3】,中間階段期PSC(intermediate), 原始期PSC(naive),並且用GFP標記這些細胞。

每組取十個進行評估發現中間階段期PSC生存能力好,凋亡水平低,融入豬胚胎內細胞團能力較強。但是在體內評估階段,將1203個胚泡植入母豬體內,胚泡無一例存活。

作者稱體外培養的24小時或許造成了嚴重損害。即使在cmESC內過表達抗凋亡蛋白BCL2L1能夠降低ESC凋亡率,卻也未能得到存活的胚胎。

為了減少體外培養帶來的損傷,作者對比了細胞培養基和胚胎培養基的pH和滲透壓,猜測可能是這些不同導致了體外培養損傷,於是作者將兩種培養基以1:1混合,使細胞培養基更接近於胚胎培養基。作者將這種培養基稱為domestic medium(DM),用DM培養的cmESC稱為D-ESCs,檢測發現這種培養方法極大的改善了嵌合體中ESC以及胚胎的存活。

進一步檢測存活的胚胎中一些標誌物發現D-ESCs能夠分化成三胚層,形成嵌合胚胎。為了評估長期效果,作者將超過4000個胚胎植入母豬中,最後共有三隻懷孕的母豬,其中一隻自然流產,另外兩隻共產下10隻幼崽。

但所有的幼崽在一周內全部死亡了。十隻幼崽的多種器官進行了進一步實驗發現,有兩隻為嵌合小豬仔。

帶有GFP的食蟹猴細胞分布在包括心臟、肝臟、脾、肺、皮膚在內的多種器官,嵌合細胞比例為0.001–0.0001。但是在睾丸和卵巢中沒有食蟹猴細胞。檢測細胞標誌物表明嵌入的食蟹猴細胞是已經分化成熟的細胞,不具有多分化能力。這些數據表明該課題組成功生產了食蟹猴和宿主豬之間嵌合體。

此項研究首次實現了靈長類和豬嵌合體的活體出生,推進了異種嵌合體器官再造過程,提供了一個研究異種器官再生的可行思路,並為實現大型嵌合體動物體內器官重建的最終目標架橋鋪路。

外媒"NewScientist"於12月6日重點報道了這項研究,並給與了高度評價:由中國的一個研究課題組構建了靈長類食蟹猴和豬的嵌合體,並成功出生,這是豬靈長類嵌合體首次出生存活,雖然它們都在一周內死亡

該課題組的海棠稱因為非嵌合體豬也在一周內死亡,他們猜測嵌合體死亡的原因並非與嵌合體有關,也為日後更新方法提供了佐證。

值得一提的是,截止到發稿前,發表在Protein Cell 雜誌上的這項工作在發表不到兩周的情況下,目前的論文下載量超過了3700次,被外媒和推特等報道轉發的次數也達到了64次(下圖),具有較大的國際影響力。

溫馨提示:

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原文鏈接:

Domesticated cynomolgus monkey embryonic stem cells allow the generation of neonatal interspecies chimeric pigs?

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製版人:珂

參考文獻

1. Wu J, Platero-Luengo A, Sakurai M, Sugawara A, Gil MA, Yamauchi T et al. Interspecies Chimerism with Mammalian Pluripotent Stem Cells.Cell2017; 168(3): 473-486 e415; doi 10.1016/j.cell.2016.12.036.

2. Kobayashi T, Yamaguchi T, Hamanaka S, Kato-Itoh M, Yamazaki Y, Ibata M et al. Generation of rat pancreas in mouse by interspecific blastocyst injection of pluripotent stem cells.Cell2010; 142(5): 787-799; doi 10.1016/j.cell.2010.07.039.

3. Wu J, Okamura D, Li M, Suzuki K, Luo C, Ma L et al. An alternative pluripotent state confers interspecies chimaeric competency.Nature2015; 521(7552): 316-321; doi 10.1038/nature14413.


主要可能是為了解決器官移植中器官短缺的問題。

人和豬在生理結構和器官大小上,比較接近。如果實驗理想,讓嵌合胚胎的大部分是豬,而心臟、腎臟、肝脹等是人的。尤其還是需要器官移植的人的幹細胞發育而來的,那麼就可以獲得源源不斷的器官啦,而且可能還沒有免疫排除問題。


豬猴紛爭


沙僧掰著指頭算了半天,終於下定了決心:「1.5師兄!師傅被妖怪抓走了!」


我覺得吧,主要還是為了解決取經團隊路費不足的問題,所以把大師兄和二師兄合體了...


這玩意兒做之前人鼠的嵌合體早都出來了,只是不允許生下來而已(吐槽一下其實他們想生也生不出來)。

其實做嵌合體最難的是不同動物發育所需的時程是不一樣的,信號通路各種機制也不太一樣。能順利生出來,可能豬跟猴的發育時程度差不多吧的原因吧。


以雜交為開始,以倫理為結束

這種片已經看了十幾年了索然無味,下次用刺激的再說吧。上一次刺激的是抗艾滋病嬰兒的誕生。


大概是解決母豬上樹的問題


造大型生物,解決地球產生的負離子,為地球生長助力。食物的積累為實體的物質增加密度。


解決不了什麼問題,基礎研究的一小步,目前不會有什麼實質性的應用價值

嵌合「小豬猴」不到兩周就不知原因的死亡,說明還有很多問題沒有解決,但在基礎研究方面賺賺眼球發發文章再爭取一下經費是可以了,道阻且長

在製造轟動效應方面,此研究著實讓國際同行大吃一驚,不免於被譴責和痛批,認為將靈長類動物用於基因改造有失倫理,而一旦形成急功近利喪失敬畏之心的大環境,後續違背倫理的基因編輯後果不堪設想。

比如會不會嘗試人和其他動物的基因嵌合,像某些科幻電影所述,有人也聯想到18年南科大某科研人員不顧人倫去編輯人類胚胎基因而成功孕育出嬰兒的事件。

這兩件事是否說明,如今國內的科研人員是否為了成果而玩危險遊戲,不惜走擦邊球,這種大膽嘗試敢為人先的精神真是讓人「敬佩」。

就我在的實驗室,當人們提到基因編輯嬰兒這件事時,都會疑問為什麼會批准來,不然哪裡來的經費,會追問,現在對於那些已經出生的嬰兒和相關人員,都怎麼處理了。


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