加州校园旁的“人猪嵌合体”，将如何改变人类医学？

▎药明康德/报道

世界上就是有一些人，做出了别人不敢想、不敢做的事。要做有影响力（make impact）的事，这是药明康德曾经专访过的一位科学名人，最年轻的美国三院院士罗伯·兰格教授成功的第一秘诀。

中国出生长大的女科学家杨璐菡博士获得赞誉无数，最近刚刚入选“全球30名生物医药行业青年领军人物”，她致力于研究如何将猪器官移植到人体身上，这种发展和进步可能会影响全世界数十万正在等待移植的人。使用CRISPR基因编辑技术，目前她已经解决了异种移植的排斥的若干问题。

▲年仅30的全球青年领袖！走近中国女科学家杨璐菡博士

而本文的主人公也是这样的人。不过他们研究的思路跟杨璐菡博士正好相反，是在猪的身上长出人体细胞（器官），又成为“人猪”嵌合体（chimeras），目的也是解决移植器官短缺的问题。

杨璐菡博士用的“魔剪”CRISPR技术是一种很流行的基因编辑手段。而在猪胎内生长人体细胞虽然也涉及一些最新的科学技术（干细胞，基因编辑等），但它还需要更平凡的东西：一个农场，饲养牲畜，还有像“农民”科学家这样的人，知道如何处理这些原生态的东西。

贝尔蒙特（Juan Carlos Izpisua Belmonte）教授出生在西班牙一个贫穷的农民家庭，他8岁就辍学在田里干活，母亲不识字。16岁时他才有机会重新入学。年轻的贝尔蒙特对科学毫无兴趣，他想学哲学。但是在他前往哲学系的路上，一座美丽的建筑吸引了他，然后他就在那里注册了——西班牙巴伦西亚大学（University of Valencia）药学院。33岁那年，贝尔蒙特教授加入Salk研究所（Salk Institute），成为全球最著名的生物医学研究所之一的一员。

▲这名8岁辍学的农家少年，有望改写人类器官移植格局

贝尔蒙特教授的实验室是全球著名的再生医学研究中心。贝尔蒙特教授和高级研究员吴军博士在小鼠体内成功地培育了人类干细胞。他们的梦想是解决器官移植难题，因为猪器官大小跟人器官相似，也有在人类医学上应用的先例，因此他们打算测试在猪身上种植人体细胞和器官的梦想。

▲贝尔蒙特教授和吴军博士（图片来源：Salk研究所）

但是他们还需要一个动物学的帮手。在浏览加州大学戴维斯分校网站时，他们被一个人的胚胎和克隆背景吸引住了。

这个人就是加利福尼亚大学戴维斯分校（University of California Davis）的罗斯（Pablo Juan Ross）教授。罗斯教授自称是一个“嵌合体”，他有爱尔兰人血统，却出生在阿根廷，父亲是一名兽医，他从小在农村长大，从来没有看过电视机。他数学很好，希望能成为一名工程师，拼命想离开家乡看望更广阔的世界。最终学了兽医学的罗斯一直读到动物学博士学位，他在密西根州立大学的导师是Jose Cibelli博士，与罗斯教授毕业于同一家兽医学院的阿根廷人，他2001年因为克隆第一个人类胚胎而举世闻名。

▲罗斯教授（图片来源：加州大学戴维斯分校）

名师出高徒，兽医训练涉及研究许多不同物种的解剖，生理和繁殖，对于帮助罗斯教授取得成功至关重要。

“我们很高兴找到他，”吴军博士说：“他的专长和我们的项目完美匹配。”通过Skype，他们与罗斯教授对话。贝尔蒙特教授告诉他说，自己实验室有方法培育出各种可能在动物胚胎内生存的人类干细胞；而且他们正在使用CRISPR基因组编辑技术从动物胚胎中去除生成器官的基因，然后采用人类的器官细胞来填补。

▲一个4周龄的猪胚胎通过转基因，使其不能产生猪的胰腺（图片来源：STAT）

这个想法正中罗斯教授下怀，他也想找明星导师的光环下做一点“大事情”。三个人一拍即合。他们准备在第二天就开始实验。

当然，这毕竟是涉及物种、干细胞胚胎移植的研究，罗斯教授必须确保植入嵌合胚胎的母猪与其他猪分开，并在实验结束后销毁，即使是那些实验中不含有人体细胞的猪，在屠宰后也不能当作肉类吃掉或卖掉，这样戴维斯分校审查委员会才肯在伦理申请上签字。

▲罗斯教授在加州大学戴维斯分校猪场培育约克郡小猪，这是一种用于嵌合实验的品种（图片来源：STAT）

一旦得到了批准，罗斯教授就一头扎进了猪圈。那两年，他几乎没有进过自己的办公室。因为学生没有足够的经验，罗斯教授自己进行了艰苦的实验。这个实验程序需要坐在显微镜下，通过称为滋养层的细胞保护层将人类干细胞注入猪胚胎。这在小鼠胚胎中很容易做到，因为滋养层薄。但是，像猪和牛这样的大型动物，滋养层比较厚，推一根针需要很大的力量，一不小心整个细胞就可能破碎。

▲往猪胚胎注射人干细胞（图片来源：STAT）

“操作胚胎，微注射胚胎。他是可以做这种工作的罕见人物之一，”嵌合体领域的开拓人、斯坦福大学的Nakauchi博士给予他极高的评价。

为了简化工作，罗斯教授还发明了一种激光脉冲系统来处理胚胎，通过这个系统产生的小孔，可以方便地将人体干细胞或基因编辑的分子注入到胚胎内部。

下一步是将嵌合胚胎移植到母猪体内发育。这工作想想就不容易。它需要一个完整的手术团队，强壮的人把猪放到手术台上，还要将胚胎精确移植到猪的巨大复合双角子宫中。

这些实验步骤需要恰到好处地同步配合，像是一个优雅的舞蹈。需要动物排卵，人类干细胞处理好待用，仔细注射胚胎以免损坏，并有一个手术团队在母猪体内准确地植入50只胚胎。有时母猪准备好了可以进行手术，但胚胎却在植入前死了。有时，干细胞准备好注射，母猪却不能进行手术。

罗斯教授说：“花了这么多的时间，人力。但是最后大都失败了。”

很多次，罗斯教授拿到一个半英寸长的胚胎。他会把它放在显微镜下观察，寻找人类干细胞标记的荧光。许多次这样的时刻都以失望告终。终于在2016年6月，他看到了梦中期待的荧光。

随后贝尔蒙特实验室经过进一步测试证实，人类细胞可以在猪胚胎中存活！罗斯和吴军培训了实验室团队，使更多人可以完成注射胚胎的工作。然后，这些实验在西班牙的养猪场进行了扩大规模的研究，在9000头猪身上，他们将人类干细胞注入2000个猪胚胎。

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▲等待实验的小猪（图片来源：STAT）

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