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实验切磋:猪或变成全面包车型地铁人类器官捐

2020-01-11 07:59

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最近美国哈佛医学院遗传学实验室的乔治。邱奇和他的研究小组宣称,他们攻克了让猪成为人体器官捐献者的一个最大难关断绝猪内源性逆转录病毒(PERVs)在器官移植接受者体内重新激活的可能性。这一历史性突破,有望使猪成为完美的人类器官捐献者。

科学家编辑了猪的基因组,使一系列逆转录病毒失活。结果对人类移植医学具有重要意义。用于移植的人体器官和组织的短缺代表了最重要的未满足的医疗需求之一。

文 / 周亦川 编 / 袁月

CRISPR技术强大的能力在编辑动物基因方面已经取得了相当多的成果,仅仅将这一技术应用到猪身上,就可以产生人类血液所需要的蛋白,甚至有可能产生可供人类移植的器官。

在自然界,猪与人类之间的紧密亲缘关系让其具有了成为人类器官捐献者的潜力。几十年来,科学家也一直努力使其成为人类器官移植的稳定供应源,但人体免疫系统的排斥反应和猪基因中病毒造成的感染是研究的两大阻碍。此次,邱奇领导的研究解决了这些问题。他们通过CRISPR/Cas9基因编辑技术成功地在猪胚胎中灭活了62种PERVs.这一数量是科学家在其他动物身上所能灭活的内源性逆转录病毒数量的十倍。研究人员认为,这一成就使他们能够制造出合适的人类器官捐献者。

一个有希望的前景是在人类中使用动物器官,猪器官特别适合这种移植。然而,猪基因组包括猪内源性逆转录病毒(PERV),当它们一起培养时可以传递给其他细胞。

如果猪可以将器官捐献给人类,那么每年将有多少器官衰竭患者因此获救?据《科学》网站报道,12月19日发表于BioRxiv一项研究指出,科学家利用“基因剪刀”CRISPR技术创造了新一代的基因猪,称它的体内组织已经具备安全移植到人类体内所需特征。

基因编辑技术CRISPR被美国《科学》杂志评选为2015年十大突破之首。除了对人类基因和胚胎的编辑引发巨大争议外,目前这一技术在编辑动物基因方面取得了相当多的成果,为治疗人类疾病和生产人类所需的产品提供了广阔前景。研究人员已经能用 CRISPR来编辑猪、鱼、猴子、羊、兔子、老鼠、蝴蝶等动物,仅仅对猪进行基因编辑,就可以为人类提供很多服务和产品。

据物理学家组织网报道,邱奇的研究小组还对猪胚胎中超过20个基因进行了修饰,以解决器官移植后的人体免疫系统的排斥反应问题。研究小组目前拒绝透露所修饰的具体基因包括哪些,但表示要使得猪成为人类器官移植的来源,对某些基因的修饰和灭活PERVs二者缺一不可。

基因编辑技术可以证明从猪基因组中去除病毒基因是有用的,为猪到人的移植铺平了道路,但到目前为止,只有在细胞系中才能成功地证明这一点,而不是活体动物。在这里,乔治教会,董牛及其同事展示了活体动物的壮举。

基因猪由此项异种移植研究课题的带头人,遗传学家杨璐菡博士与哈佛大学遗传学家George Church博士研究室合作生产。目前,研究人员已测试将猪器官移植到非人的灵长类动物身上,这是通往人类试验的关键一步。

产生人类蛋白

灵长类动物的基因组中拥有一百多万个特定类型的重复元件副本(Alu),被认为是逆转录病毒衍生物。最新研究表明,猪基因组中大约有11%的重复元件 (PRE-1),这一比例与灵长类动物的Alu几乎相同。研究人员在《自然》杂志上发表的研究报告称,这些猪重复元件的结构和功能非常类似于灵长类动物的 Alu,暗示人类和猪之间存在比之前所认为的关系亲近得多。

该团队首次证实,猪细胞中的PERVs在一起培养时可以传播给人体细胞。将感染了PERV的人类细胞暴露于未感染的人类细胞也导致传播,突出了如果移植有一天发生,则需要停用猪的PERV。

当然,这项工作的竞争对手也有不少,有多个学术和商业研究团体也在竞相致力于尝试将猪心脏、肾脏和肝脏应用于人类器官移植的测试中,也有报道称可使用3D打印器官做器官移植试验。

人血白蛋白(HSA)是人血浆中的蛋白质,其作用既广泛又重要,因为它们在体液内可以运输脂肪酸、胆色素、氨基酸等,同时能维持血液正常的渗透压。人血白蛋白还可用于治疗休克与烧伤,用于补充因手术、意外事故或大出血所致的血液丢失,也可以作为血浆增容剂。

研究人员希望能尽快把经过基因编辑的猪胚胎植入母猪体内。邱奇称,猪是一种能同时作为食物、宠物和器官备份的动物,如果通过基因编辑也能给猪装上声带,它们也许就能够与人类谈判达成协议,以后面两种身份服务,而不仅仅只作为食物。

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