轉(zhuǎn)基因豬的腎臟與患者腹部外腿的血管相連，并在54 小時(shí)后被切除。在此期間，豬的腎臟過濾廢物和排泄尿液的功能正常，沒有出現(xiàn)排斥反應(yīng)。 —— 這是不久前的事。醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)由紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院朗格醫(yī)學(xué)中心的醫(yī)生進(jìn)行。醫(yī)生表示，這個案例表明，豬腎可能是透析患者和終末期腎病患者的最佳選擇。

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經(jīng)過三十年的尋找，科學(xué)家終于培育出完美的供腎豬？

作者|張藝萌

編輯|靖宇

過去，大多數(shù)情況下，需要器官移植的患者只能等待。只有極少數(shù)幸運(yùn)者最終能夠等待并獲得成功的移植手術(shù)。

20世紀(jì)90年代，業(yè)界興起了以豬器官為主要目標(biāo)供體的異種移植研究。一開始就受到追捧，但后來面臨技術(shù)困難，并因倫理問題被世界衛(wèi)生組織禁止。近年來，隨著基因技術(shù)的進(jìn)步，“轉(zhuǎn)基因豬”變得更加適合培養(yǎng)器官。紐約大學(xué)的這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)也證明，20年后，異種器官移植可能會迎來快速發(fā)展期。

“小豬組合”或許是未來另一大醫(yī)療趨勢。

01

“尚未出現(xiàn)排斥反應(yīng)”

接受者是一名有腎功能不全跡象的腦死亡患者，經(jīng)過協(xié)商，家屬同意在維持生命的設(shè)備被移除之前參加試驗(yàn)。

移植的腎臟來自——GalSafe豬，這是United Therapeutics子公司Revivicor開發(fā)的一種豬。通過基因編輯，豬體內(nèi)催化-半乳糖（-gal）細(xì)胞表面表達(dá)的基因被刪除，-半乳糖是一種可能引起人體排斥的糖分子。

紐約大學(xué)朗格尼醫(yī)學(xué)中心的外科醫(yī)生羅伯特·蒙哥馬利將豬腎與患者腿部和腹部的血管連接起來。新腎臟附著在患者腿部的血管上，并保留在體外，并覆蓋有保護(hù)罩，以便進(jìn)行觀察和腎組織取樣。

54小時(shí)后，沒有證據(jù)表明接受者的免疫系統(tǒng)有排斥反應(yīng)。研究人員拔掉了受試者的呼吸機(jī)，標(biāo)志著試驗(yàn)的結(jié)束。

蒙哥馬利說，使用一種稱為體內(nèi)灌注的模型，豬腎的功能似乎相當(dāng)正常，產(chǎn)生的尿液量與移植的人腎的預(yù)期量相同?；颊咴井惓５募◆剑I功能指標(biāo)）在接受豬腎移植后恢復(fù)正常。 “死者的腎臟通常需要幾天到幾周的時(shí)間才能開始發(fā)揮作用，但這個豬腎立即發(fā)揮作用?！?

專家們對此感到非常興奮。 “器官捐獻(xiàn)等候名單可能會立即變得非常短?！?

通常，異種移植中的免疫排斥發(fā)生在身體的血液供應(yīng)和器官之間的界面處，但在本次手術(shù)中并沒有發(fā)生。

但在這次試驗(yàn)取得初步成功之后，仍有一些復(fù)雜而關(guān)鍵的問題需要解決。雖然基因編輯豬的腎臟沒有引起超急性排斥反應(yīng)（器官移植后48小時(shí)內(nèi)發(fā)生的排斥反應(yīng)），但是否會產(chǎn)生加速排斥反應(yīng)（48小時(shí)至5天）或急性排斥反應(yīng)尚不清楚。反應(yīng)（超過1周）和慢性排斥反應(yīng)。

此外，目前使用的基因編輯豬只是敲除了能夠催化半乳糖分子的基因，但豬的器官中仍然隱藏著許多可能引發(fā)人體內(nèi)免疫排斥反應(yīng)的物質(zhì)，以及可能引發(fā)人體免疫排斥反應(yīng)的微生物。引起人類疾病，例如豬。獨(dú)特的病毒等

當(dāng)然，這個實(shí)驗(yàn)的初步成功仍然帶來了很大的希望。在目前人腎不足的情況下，豬腎可以用來治療急性腎功能衰竭患者，并在短期內(nèi)維持生命，直到有可用的人腎，或者將豬腎作為永久性移植物保留在醫(yī)院。體內(nèi)的。蒙哥馬利博士說，轉(zhuǎn)基因豬“可能成為可持續(xù)、可再生的器官來源”。

當(dāng)前，人體器官短缺是一個世界性問題。全球每年約有200萬人需要器官移植來治療疾病，但器官捐獻(xiàn)者與接受者的比例不足1：20。

等待腎臟移植的平均時(shí)間為三到五年，等待移植的患者中有40%可能會在五年內(nèi)死亡。據(jù)器官共享聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)稱，目前美國有近107,000 人正在等待器官移植，其中超過90,000 人正在等待腎臟移植。據(jù)《中國器官移植發(fā)展報(bào)告（2019）》統(tǒng)計(jì)，截至2019年底，全國仍有47382人等待腎移植。

中國器官移植發(fā)展基金會理事長黃潔夫2020年指出，目前我國每年約有30萬患者因終末期器官衰竭等待器官移植，但每年器官移植數(shù)量僅約20,000。

02

“十二年的停滯”

異種移植是指將一個物種的組織移植到另一個物種中。與同種異體移植不同，異種移植成功的機(jī)會較低。異種物種之間存在顯著差異，負(fù)責(zé)組織排斥的免疫系統(tǒng)很容易識別外來組織并強(qiáng)烈排斥它。

與與人類更相似的靈長類動物相比，豬的產(chǎn)仔數(shù)更多，生長速度更快，因此其維護(hù)成本較低，也不太可能引起倫理問題。豬器官的大小和功能與人體器官不同。非常相似，從各方面考慮，豬在人體器官移植等方面都有巨大的應(yīng)用空間。

然而，由于先天免疫和炎癥反應(yīng)、凝血系統(tǒng)紊亂以及豬器官本身攜帶病毒的危害性等安全問題，豬器官移植人體的臨床應(yīng)用存在困難。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，豬器官移植引起排斥反應(yīng)的主要原因是人體內(nèi)的天然抗體能夠識別豬細(xì)胞表面的-半乳糖苷酶（-gal）和-半乳糖苷酶（-gal）。和N-乙酰神經(jīng)氨酸羥化酶（Neu5Gc 蛋白）。這三種蛋白分別由GGTA1、B4GalNT2和CMAH基因合成。只有將上述三個基因全部敲除，豬器官移植到人體后幾乎不會出現(xiàn)大的排斥反應(yīng)，才有進(jìn)入臨床試驗(yàn)的基礎(chǔ)。

此次手術(shù)中使用的腎臟是通過敲除豬編碼糖分子的基因而獲得的。

轉(zhuǎn)基因豬實(shí)驗(yàn)邏輯，來源：Revivicor

20世紀(jì)90年代，豬器官移植項(xiàng)目一度風(fēng)靡全球。各大制藥廠和公司致力于開發(fā)避免排斥反應(yīng)的藥物。然而，將豬器官移植到人體中，不僅會引起免疫排斥反應(yīng)，而且還涉及到豬的基因。該病毒中包含的逆轉(zhuǎn)錄病毒序列對人類也有潛在危險(xiǎn)。因此，世界衛(wèi)生組織發(fā)布命令，停止所有異種器官的臨床試驗(yàn)，直到找到解決方案。

2000年，國際心肺移植學(xué)會提議，一旦60%的移植豬心臟的靈長類動物存活三個月，并且至少有一些跡象表明它們可以存活更長時(shí)間，就可以考慮在人類身上進(jìn)行豬心臟試驗(yàn)。

2003年，美國Revivicor公司培育出世界上第一頭-Gal糖分子基因被敲除的克隆豬。 Revivicor 的前身是PPL Therapeutics，這是一家生物技術(shù)公司——，該公司于1996 年從成年哺乳動物中克隆出第一只哺乳動物：多莉羊。

2018年，《自然》的一份報(bào)告稱，基因編輯的豬心臟移植到狒狒體內(nèi)后存活了195天。德國科學(xué)家挑選了小豬，對它們的心臟進(jìn)行了基因改造，并將其移植到五只狒狒體內(nèi)，使它們的血壓降低到與豬相同的水平。手術(shù)成功了，這意味著人類或許可以進(jìn)行這樣的器官移植實(shí)驗(yàn)。

楊鹿晗是eGenesis的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席科學(xué)家。在哈佛大學(xué)進(jìn)行博士后研究期間，她和導(dǎo)師George Church率先使用Cripsr-Cas9技術(shù)來修改豬細(xì)胞的基因組，并于2014年開始致力于消除豬基因組中可能致病的基因。

她說：“由于無法預(yù)測何時(shí)以及如何解決這些問題，異種移植行業(yè)遭受重創(chuàng)，并經(jīng)歷了12 年的停滯?！?

2020年9月，楊鹿菡團(tuán)隊(duì)在《自然生物醫(yī)學(xué)工程》上發(fā)表論文，表明其團(tuán)隊(duì)研發(fā)的第三代基因編輯豬（“豬3.0”）已獲得成功。 “豬3.0”不僅在免疫排斥方面取得突破，還實(shí)現(xiàn)了內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒（PERV）敲除。 “豬3.0”細(xì)胞與人體凝血系統(tǒng)更加相容，降低凝血風(fēng)險(xiǎn)，并能延長移植器官的壽命。

2020年12月，異種移植迎來新篇章。美國食品和藥物管理局(FDA) 已批準(zhǔn)第一只轉(zhuǎn)基因豬上市，它既可用于人類食品消費(fèi)，又可作為潛在的治療來源，即由Revivicor 開發(fā)的GalSafe 豬。

那就是這次手術(shù)中使用的腎臟供體豬。

GalSafe豬，圖片來源：Revivicor

03

巨大的“藍(lán)海”

放眼全球，擁有公開信息的異種移植公司屈指可數(shù)。

來源：盛輝

作為啟瀚生物科技的姊妹公司，eGenesis 是最知名的公司之一。今年3月，該公司宣布完成1.25億美元C輪融資，用于推進(jìn)腎臟和胰島細(xì)胞移植重大項(xiàng)目，優(yōu)化現(xiàn)有基因編輯平臺和GMP工廠。該公司正在創(chuàng)建三種豬模型并測試基因工程器官的有效性和安全性，臨床試驗(yàn)預(yù)計(jì)將于2022 年開始。

手術(shù)中使用的豬的腎臟是由Revivicor 公司進(jìn)行基因改造的。 Revivicor 是該國少數(shù)幾家致力于開發(fā)用于移植人類的豬器官的生物技術(shù)公司之一。 12 月，F(xiàn)DA 批準(zhǔn)對Revivicor 豬進(jìn)行基因改造，用于人類食品和藥品生產(chǎn)。該公司目前擁有100多頭轉(zhuǎn)基因豬用于移植試驗(yàn)和其他藥物研究。

致力于利用豬器官進(jìn)行人體異種移植的公司Miromatrix Medical于今年6月在納斯達(dá)克上市，成為首家上市的異種移植公司。該公司預(yù)計(jì)將于2022年底在外部肝臟輔助系統(tǒng)的支持下開始其生物工程肝臟的人體臨床試驗(yàn)。該公司已開發(fā)出灌注脫細(xì)胞和再細(xì)胞化方法，可以將廢棄的豬器官轉(zhuǎn)化為可移植的人體器官。

在國內(nèi)，定位為“未來器官工廠”的中科奧格生物科技有限公司，正在通過基因編輯和克隆技術(shù)培育十余種轉(zhuǎn)基因人源豬，用于異種移植研發(fā)，解決臨床問題。器官移植。短缺問題。今年9月，公司完成4500萬元A輪融資，目前正在籌建超凈豬設(shè)施（DPF）醫(yī)療級異種移植醫(yī)學(xué)供體基地，為臨床試驗(yàn)做準(zhǔn)備。

賽諾生物致力于糖尿病醫(yī)療技術(shù)異種移植的突破。它從培養(yǎng)的供體豬中提取胰腺，制備豬胰島細(xì)胞生物制劑，并將其移植到患者身體的特定部位（主要是肝臟），為糖尿病患者提供新的治療方法。構(gòu)建較為完善的胰島系統(tǒng)，用于治療1型糖尿病、胰島素依賴型2型糖尿病以及因各種原因接受全胰切除術(shù)的患者。

異種器官移植是一個新興的、巨大的、尚未滿足的市場，具有巨大的醫(yī)學(xué)潛力和商業(yè)價(jià)值。眾多國內(nèi)外企業(yè)已率先進(jìn)入這片藍(lán)海；科學(xué)家們正在利用復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)和先進(jìn)的技術(shù)來支持和努力為患者爭取一個沒有焦慮、痛苦和等待的未來。

器官獲取組織LiveOnNY 的首席醫(yī)療官艾米·弗里德曼(Amy Friedman) 博士說：“這確實(shí)是最前沿的轉(zhuǎn)化手術(shù)和移植，一旦成功，我們能提供多少移植手術(shù)就令人難以置信。”

（陳凌也對本文有貢獻(xiàn)。）