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这只“二师兄”厉害了!未来人体器官都要找它借

2017-01-12 11:11:34

来源:羊城晚报    作者:

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代孕母猪与世界首例白化西藏小型猪仔在一起 羊城晚报记者 汤铭明 摄
 
提起猪对人的贡献,它从肉到骨和我们的生活密不可分。不仅如此,猪在医学领域的作用也非常重要,去年,中国自主研发的生物工程“猪角膜”已经成功为江西一名14岁少年恢复光明。不过科学家们对猪的期待还远不止这些,日前,南方医科大学实验动物中心科研团队运用CRISPR/Cas9基因编辑技术,成功培育出世界首例白化西藏小型猪,这种猪的厉害之处在于,经过改造后它成为最优良的医学实验动物,最适合大量繁殖并高度接近人的特性让它可能成为新的人体细胞工厂,甚至进行器官异种移植。
南方医实验动物中心与中科院广州生物医药与健康研究院赖良学研究员(世界第一例体细胞克隆猪创制人)一直多有合作,他们于2007-2010年期间利用西藏小型猪克隆技术已成功培育出不同的转基因体细胞克隆猪,包括红、黄、蓝、绿四色荧光蛋白转基因克隆猪等。两家单位共同申报的“大动物基因修饰技术研究及基因修饰动物模型的建立”项目于2014年获得广州市科学技术进步奖一等奖;2016年,“猪基因突变技术创新及基因修饰猪模型的建立”又获得广东省科学技术一等奖。
作为引进西藏小型猪研究的倡导者和发起人,南方医实验动物中心主任顾为望表示,此次培育成功的白化西藏小型猪同时敲除了与免疫相关的基因,并且可以迅速实现大规模繁殖,并且对于实验动物学、生物医药以及临床医学研究等领域都具有重大意义。
记者在实验动物中心了解到,通过人工辅助生殖技术,科学家将原始猪种的受精卵取出,进行基因修饰,然后植入“代孕猪妈妈”体内,最终产出4只小猪。从外观上看,有2只由天然的黑色猪转为白化。饲养工作人员告诉记者,如今它们成长得很健康,几个月后就可以达到性成熟,并可以进行自然繁殖,继续生出携带白化基因的小型猪。
为什么是猪?
比鼠接近人类,比猴子更便宜
在常用的实验动物中,鼠类、兔类、犬类和灵长类动物都很常用,但科学家们也发现,新药研发要求必须用两种以上的动物做实验,其中一种需为非啮齿类动物。鼠类等啮齿类动物和人类相差甚远;猴子繁殖率低,成本又太高,做实验受到很大限制;犬作为宠物,和人情感太亲密也常常受到人们的心理抗拒。而猪被人长期豢养,已经成为与人类非常相近的一种动物,尤其是猪的消化系统、心血管系统、代谢过程等解剖结构以及生理功能和人类特别接近,是一种理想的实验动物。同时,猪作为传统定义上的食用动物,用它来做实验更容易被人们所接受,这个尤其符合国际上通行的动物实验的福利和伦理要求,实验结果容易被国际社会所认同。
“普通的家猪主要缺点在于体型过大,常常达到五六百斤,在新药研发实验过程中,用量和人差异太大,实验室饲养操作也比较困难。”因此顾为望认为,成年体重在30公斤左右的小型猪是更为理想的实验品种。
为什么要白?
白色皮肤更便于医学观察
大多数常用实验动物如豚鼠、大鼠、小鼠、兔子,大多是白化品种品系,因为白色动物更加便于观察它的发热、过敏、炎症等症状以及皮肤角膜等损伤与修复的过程,这同样也是白化藏猪的优势所在。
顾为望告诉记者,由于猪的皮肤和人非常相似,下一步,还计划将白化藏猪培育成无毛白化藏猪,用于化妆品的研究开发和应用,研究化妆品对皮肤的刺激性和抗皱、防衰老等功效;还可以用于皮肤用药的效果观察或皮肤用药研究。
这次所采用的技术路线是“同步发情、人工授精、同步取卵、受精卵移植”,受精卵在体外进行基因修饰,敲除白化相关基因及免疫相关基因,然后进行胚胎移植。目前出生仔猪白化表型明显,而免疫缺陷表型有待进一步鉴定。
顾为望表示,此次实验是南方医实验动物中心科研团队完全利用自身科研团队独立研发,最大亮点是运用最新基因编辑技术CRISPR/Cas9,设计和制备sgRNA,基于小型猪受精卵制备基因修饰猪,在世界上获得首例白化、同时敲除了免疫相关基因的实验用西藏小型猪。与转基因克隆猪相比,运用受精卵基因修饰获得的转基因猪的优势在于可以迅速实现大规模繁殖,批量生产供应实验研究用。
实验猪能做什么?
可以生产人的胰岛素、蛋白质
实验用猪可以生产出人用生物活性物质,如人的胰岛素、凝血酶原、白蛋白。另外,还可以用猪的神经干细胞治疗帕金森综合征、老年性痴呆。
顾为望说,他们将首先把白化藏猪做成免疫缺陷猪。一般情况下,人类肿瘤细胞在动物身上接种很难成活,但是有免疫缺陷的动物可以把人的肿瘤细胞原位或异位移植到体内,然后进行发病机理研究、临床疗效观察及药物开发。
他们将利用小型猪动物模型进行诊断、干细胞治疗和肿瘤防治,培育出有高血糖、先天性心脏病、辐照损伤等疾病的动物模型。譬如,可以用基因改造的办法把免疫缺陷猪的肝脏做成条件性损伤的肝脏,再把人的干细胞体外分化后注入猪体内,让猪的肝脏生长出人的肝细胞,用来治疗肝脏疾病;另外用猪生产的人源化干细胞做成的生物人工肝可以更有效地治疗肝衰,猪产生的人的肝细胞在新药研究开发中有广阔的市场前景。
前景有多广?
未来有望提供人类移植器官
在异种移植领域,猪是最有希望成为人的异种移植供体的动物。在组织移植、瓣膜、角膜和皮肤移植领域,医疗方面有广泛的实验,用猪的瓣膜修补人的心脏瓣膜缺损,已经在临床上大规模运用。角膜移植也已经进入临床实验研究阶段,通过移植猪的角膜,修补治疗病人的角膜缺损,可以使其视力恢复到0.4以上。另外,猪的皮肤和人特别接近,把猪皮经过处理后作为良好的创口覆盖物,使人的受创皮肤自动愈合,用猪皮做基因工程皮肤已处在实验研究向临床过渡阶段。把猪皮脱去细胞,然后覆盖上人的皮肤干细胞,做成组织工程皮肤,用于治疗大面积的烧伤、冻伤和化学品灼伤。
在器官移植领域,全世界只有5%的人可以得到肾、肝、心、肺等供体,绝大部分人只能在等待中濒临死亡。最终能够解决这一问题的就是异种移植。2008年,第一个基因敲除克隆猪经过基因改造之后,猪肾脏成功移植到狒狒身上,使狒狒存活了83天;猪心脏移植到狒狒身上则存活了179天。目前,又有科学家将基因改造猪的心脏移植到狒狒体内,而这次存活的时间达到945天。记者 王倩