据 NewScientist 报道,干细胞与生殖生物学国家重点实验室的一组研究人员通过在猪胚胎中添加灵长类动物细胞,首次创造「猪猴嵌合体」。嵌合体是包括不同基因型活细胞所构成的任何生物体。简而言之,研究人员将猴子细胞添加到了猪的胚胎中,然后观察了出生的仔猪。

该团队处理了4000多个胚胎,所有胚胎都植入了母猪,最终只有10只仔猪出生。仔猪的外观基本保持不变,但是科学家们能够观察到猴细胞,这些猴细胞经过基因编辑以发出荧光,从而易于观察。在十只仔猪中,实际上只有两只是嵌合体。两只仔猪都在出生后一周内死亡。他们的死因尚未确定。

大师兄与二师兄这样合体!中科院世界首例「猪猴同体」混合生物,出生一周内死亡?

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


导读:

器官移植是治疗器官衰竭病人最有效的手段,但目前中国人体器官捐献的供需仅有1:30。

运筹学与管理科学研究协会发表在 INFORMS(The Institute for Operations Research and the Management Sciences)的一项研究指出,全世界每天有18人在等待移植中死亡,每10分钟就有一名新病人加入器官移植名单。

通过多能干细胞进行异种嵌合被认为是有可能在动物体内获得人类器官的方法,期许能够补充器官移植的巨大需求以及解决移植排斥问题【1】

2010年大鼠器官在小鼠胚胎内成功构建。利用大鼠的多能干细胞(pluripotent stem cells,PSC)与PDX-1缺陷(pancreatic and duodenal homeobox-1 deficient)的小鼠胚胎形成嵌合体则能够得到具有正常生理功能的大鼠胰腺【2】。类似的研究也可以从裸鼠中得到大鼠的胸腺组织。


自20世纪70年代以来,世界各国的科学家们一直在以异种嵌合体,如绵羊-山羊嵌合体、大鼠-小鼠嵌合体等回答一些基础发育生物学问题。

目前小鼠是主要的嵌合宿主,但是由于啮齿动物和人之间的胚胎大小和妊娠期区别过大,需要寻找其他更为合适的嵌合宿主。

Juan Carlos Izpisúa Belmonte带领的团队首次在大型动物中实现了嵌合研究【1】。该团队成功的将hPSC整合到猪的胚泡中,成功实现了hPSC在早期猪胚胎中存活。

但近年来多项研究结果表明人类胚胎干细胞在大动物胚胎内的嵌合难度大,仍需要解决大量的基础科学问题,且相关的伦理问题阻止了人类嵌合体在胚胎后期的研究。

灵长类PSC具有与hPSC相似的多能分化能力,是很好的研究嵌合体形成器官的模型。非人灵长类动物的异种嵌合体也是研究疾病、生长发育以及器官移植的潜在模型。有研究发现食蟹猴来源的PSC也可以在最佳的培养条件下存活于嵌合体中。


研究解读

近日,中国科学院中国科学院动物研究所和中国科学院干细胞与再生医学创新研究院周琪李伟海棠课题组(助理研究员付锐余大为、博士生任吉龙李崇阳为共同第一作者)在Protein Cell(也是BioArt创始人担任执行主编的一本期刊)杂志上发表了题为Domesticated cynomolgus monkey embryonic stem cells allow the generation of neonatal interspecies chimeric pigs的文章。

研究团队评估了食蟹猴胚胎干细胞在猪中的嵌合能力,通过优化其培养和嵌合系统,增强食蟹猴胚胎干细胞的抗凋亡能力,改善嵌合胚胎的发育,最终获得了两个食蟹猴-猪嵌合体。

作者首先筛选用于嵌合体的最佳食蟹猴PSC(cmPSC)。

作者培养了三种:

起始期 PSC(primed,有研究表明这个阶段的PSC已经能够参与器官形成)【3】,中间阶段期PSC(intermediate), 原始期PSC(naive),并且用GFP标记这些细胞。

每组取十个进行评估发现中间阶段期PSC生存能力好,凋亡水平低,融入猪胚胎内细胞团能力较强。但是在体内评估阶段,将1203个胚泡植入母猪体内,胚泡无一例存活。

作者称体外培养的24小时或许造成了严重损害。即使在cmESC内过表达抗凋亡蛋白BCL2L1能够降低ESC凋亡率,却也未能得到存活的胚胎。

为了减少体外培养带来的损伤,作者对比了细胞培养基和胚胎培养基的pH和渗透压,猜测可能是这些不同导致了体外培养损伤,于是作者将两种培养基以1:1混合,使细胞培养基更接近于胚胎培养基。作者将这种培养基称为domestic medium(DM),用DM培养的cmESC称为D-ESCs,检测发现这种培养方法极大的改善了嵌合体中ESC以及胚胎的存活。

进一步检测存活的胚胎中一些标志物发现D-ESCs能够分化成三胚层,形成嵌合胚胎。为了评估长期效果,作者将超过4000个胚胎植入母猪中,最后共有三只怀孕的母猪,其中一只自然流产,另外两只共产下10只幼崽。

但所有的幼崽在一周内全部死亡了。十只幼崽的多种器官进行了进一步实验发现,有两只为嵌合小猪仔。

带有GFP的食蟹猴细胞分布在包括心脏、肝脏、脾、肺、皮肤在内的多种器官,嵌合细胞比例为0.001–0.0001。但是在睾丸和卵巢中没有食蟹猴细胞。检测细胞标志物表明嵌入的食蟹猴细胞是已经分化成熟的细胞,不具有多分化能力。这些数据表明该课题组成功生产了食蟹猴和宿主猪之间嵌合体。

此项研究首次实现了灵长类和猪嵌合体的活体出生,推进了异种嵌合体器官再造过程,提供了一个研究异种器官再生的可行思路,并为实现大型嵌合体动物体内器官重建的最终目标架桥铺路。

外媒"NewScientist"于12月6日重点报道了这项研究,并给与了高度评价:由中国的一个研究课题组构建了灵长类食蟹猴和猪的嵌合体,并成功出生,这是猪灵长类嵌合体首次出生存活,虽然它们都在一周内死亡

该课题组的海棠称因为非嵌合体猪也在一周内死亡,他们猜测嵌合体死亡的原因并非与嵌合体有关,也为日后更新方法提供了佐证。

值得一提的是,截止到发稿前,发表在Protein Cell 杂志上的这项工作在发表不到两周的情况下,目前的论文下载量超过了3700次,被外媒和推特等报道转发的次数也达到了64次(下图),具有较大的国际影响力。

温馨提示:

点击文末原文链接可直接阅读原文全文,Protein Cell 杂志所有文章均可免费下载阅读。

原文链接:

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

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制版人:珂

参考文献

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.


主要可能是为了解决器官移植中器官短缺的问题。

人和猪在生理结构和器官大小上,比较接近。如果实验理想,让嵌合胚胎的大部分是猪,而心脏、肾脏、肝胀等是人的。尤其还是需要器官移植的人的干细胞发育而来的,那么就可以获得源源不断的器官啦,而且可能还没有免疫排除问题。


猪猴纷争


沙僧掰著指头算了半天,终于下定了决心:「1.5师兄!师傅被妖怪抓走了!」


我觉得吧,主要还是为了解决取经团队路费不足的问题,所以把大师兄和二师兄合体了...


这玩意儿做之前人鼠的嵌合体早都出来了,只是不允许生下来而已(吐槽一下其实他们想生也生不出来)。

其实做嵌合体最难的是不同动物发育所需的时程是不一样的,信号通路各种机制也不太一样。能顺利生出来,可能猪跟猴的发育时程度差不多吧的原因吧。


以杂交为开始,以伦理为结束

这种片已经看了十几年了索然无味,下次用刺激的再说吧。上一次刺激的是抗艾滋病婴儿的诞生。


大概是解决母猪上树的问题


造大型生物,解决地球产生的负离子,为地球生长助力。食物的积累为实体的物质增加密度。


解决不了什么问题,基础研究的一小步,目前不会有什么实质性的应用价值

嵌合「小猪猴」不到两周就不知原因的死亡,说明还有很多问题没有解决,但在基础研究方面赚赚眼球发发文章再争取一下经费是可以了,道阻且长

在制造轰动效应方面,此研究著实让国际同行大吃一惊,不免于被谴责和痛批,认为将灵长类动物用于基因改造有失伦理,而一旦形成急功近利丧失敬畏之心的大环境,后续违背伦理的基因编辑后果不堪设想。

比如会不会尝试人和其他动物的基因嵌合,像某些科幻电影所述,有人也联想到18年南科大某科研人员不顾人伦去编辑人类胚胎基因而成功孕育出婴儿的事件。

这两件事是否说明,如今国内的科研人员是否为了成果而玩危险游戏,不惜走擦边球,这种大胆尝试敢为人先的精神真是让人「敬佩」。

就我在的实验室,当人们提到基因编辑婴儿这件事时,都会疑问为什么会批准来,不然哪里来的经费,会追问,现在对于那些已经出生的婴儿和相关人员,都怎么处理了。


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