人兽嵌合体是当前生命科学研究中既令人振奋又极具挑战的领域。通过诱导人类细胞在动物胚胎中生长,科学家可以研究人类组织的发育过程。这项研究的长期目标,是希望在动物体内培育可用于移植的人类器官。
含有人类细胞的小鼠胚胎光镜照片。图片来源:Arthur Chien/Science Photo Library
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6月12日,一项最新技术在中国香港举行的国际干细胞研究学会会议上正式发布,研究人员将人类细胞直接注射到怀孕小鼠的羊水中,成功培育出了体内多个器官中含有人类细胞的小鼠。这些人类细胞最终可以进入胎儿小鼠的肠道、肝脏和大脑中。目前相关数据尚未经过同行评审。
通常情况下,科学家会将人类干细胞植入如猪或小鼠等其他物种的胚胎中,在培养皿中进行培育。然而,注入的细胞中只有少数能够存活,且存活时间有限。此外,这些被注入的细胞属于多能干细胞,理论上可以分化为体内任何类型的细胞,这要求研究人员必须设法加以控制。
为了改善现有技术,美国德克萨斯大学MD安德森癌症中心的生物医学工程师 Xiling Shen和美国加州洛杉矶塔拉萨基生物医学创新研究所的发育生物学家 Qiang Huang及其团队提出了一种新思路:在注射前,先让人类细胞发育为三维人体组织模型,即类器官,这样可能会增强其适应性和生存能力。
研究团队使用重编程的干细胞,在培养皿中培育出了人类肠道、肝脏和大脑的类器官,并将其注射进处于早期妊娠阶段的小鼠羊水中。Shen表示:“我们甚至没有破坏胚胎壁,就实现了细胞向胚胎的传递。”随后,母鼠顺利完成了妊娠。
“这是一个非常疯狂的实验,我原本没抱太大期望。”Shen 回忆道。
在注射后的数天内,人类细胞开始渗入正在发育的小鼠胚胎并在相应器官中增殖。小鼠出生一个月后,研究人员发现,约有10%的小鼠肠道中含有来自注射类器官的人类细胞,占肠道细胞总数的约1%。相比之下,人类细胞在肝脏和大脑中的占比更低。Shen承认整体成功率仍较低,目前正在探索提高效率的方法。
值得注意的是,这些人类细胞似乎已开始正常发挥功能。例如,肝脏中的人类细胞产生了人源白蛋白,并且这些细胞在小鼠出生两个月后仍然存在。“这些细胞表现得相当稳定。”Shen强调。
美国斯坦福大学干细胞生物学家Hiromitsu Nakauchi在会上表示:“如果仅仅通过向羊膜腔注射细胞就能实现嵌合,那将是一种极其便捷的方法。”
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