前言 相信大家对器官移植手术都不陌生。人体某些器官在遭受了重大疾病丧失功能后，为了延续生命体征、恢复相应功能，我们可以 将健康的器官移植到体内 。 器官移植分为细胞移植和组织移植， 自2015年起， 公民捐献成为了我国医疗移植器官的唯一来源 。截至2021年，全国支持肝脏移植、肾移植、肺移植等手术的医院加起来在 300家 左右，器官与患者的供需比达到了 120比1 ，这说明现阶段对于器官的需求量还是很大的。 器官移植 而在三年前，日本进行了一项奇怪的试验，称可以很大程度上解决医用移植器官大量缺失的问题。 震惊世界的胚胎实验 2019年7月26日，日本进行了世界上第一例＂人与动物的胚胎实验＂， 这个由日本东京大学教授中内啓光负责的实验项目一经公布就吸引了全世界人民的目光。 根据 中内啓光教授 的说法，他会 将人类细胞植入动物的体中 ，在这些动物的体内培养出能用于人体的人类器官。 具体来看，这个实验的全过程周期很长，可能会持续 两个月 以上。这么长的胚胎实验在之前是想都不敢想的，因为日本法律明文规定了 含有人类细胞的胚胎发育期不能超过14天，且禁止将胚胎移植到人体子宫中。 日本＂人与动物的胚胎实验＂ 情况在2019年3月份以后发生了变化，日本教育与科学省在3月份解除了这一禁令，从2019年3月开始， 带有人类细胞的胚胎可以移植到指定代孕生物的子宫中 ，科研人员可以在此期间观察记录胚胎的生长状况。 根据日本胚胎实验的进程，日本科学家首先会 在实验鼠身体胚胎里植入人类的细胞，然后将这个胚胎移植到其它生物的子宫中代孕。 为了能更好地对胚胎发育状况进行观测，中内啓光向日本教育和科学省申请了延期观察，最终这一实验延长到了 70天 ，在前两个周的时间里他会和试验组一起培育实验鼠体内的胚胎。 胚胎 为了能更好地完成实验，在两个周以后会用 猪 做实验。通过两个星期里对胚胎生长数据的收集，在猪身上做的杂交胚胎实验就能更好地进行，而这次将培育人类器官。 来自日本北海道大学科学政策研究院的研究员Tsuyalshi认为： 按照中内啓光教授的说法，他选择猪作为实验对象是因为 猪的生理性征和人很相似 ，成功培育出人类器官的可能性更高。此外，因为体型的原因，更容易进行观测工作。 前两个周的实验内容与实验鼠有关，按照试验进程，小鼠体内的杂交胚胎会培养 14.5天， 大鼠体内杂交胚胎的时间比小鼠多一天。 在实验鼠的受精卵中注入人类诱导多功能细胞，这样做的目的是 在实验鼠体内培育出含有人类细胞的胚胎 。这一胚胎在发育成型后会被日本科学家们重新移植回实验鼠的子宫，因此实验鼠体内会发育出人类的器官。 半个月后在猪体内进行的实验也是这样的流程，在母猪体内带有人类细胞的胚胎发育成型后，科研人员会将这个胎儿取出来进行观察。 胚胎发育过程 值得注意的是，无论是鼠还是猪，都是 先将人类诱导多能干细胞注射到它们的受精卵中，在体外进行胚胎培养后再移植回动物子宫。 这些带有人类诱导多能干细胞的受精卵在实验过程中发育周期很短，使得人类能在短时间里获取新的人体器官。 伦理和技术的争论 在日本＂人与动物胚胎试验＂公布后，有人认为这在某种意义上就是＂ 人兽杂交实验 ＂，不少专家学者开始质疑这一试验的 合法性和合理性 ，称日本批准人类历史上首例人兽杂交实验违背了自然界的生物法则。 对此，这一项目的负责人中内啓光教授解释道： 中内啓光教授 杂交是两个物种之间的生殖细胞相互融合的过程 ，传统意义上的杂交则是 动物之间培育出杂交物种 的过程。不同物种的动物通过交配或者人工授精的模式产生新的受精卵，在发育后产出杂种。 对于日本这一项目最大的质疑则是 伦理问题 。不少生物学家认为这一过程中 人类细胞有可能会脱离人类掌控，转而进入代孕动物的大脑中，从而产生新物种。 动物的生理功能和认知功能都向人类趋同时，我们又该怎样看待这个＂类人生物＂呢？ 对此一位参与本次胚胎试验的工作人员表示， 人体胰腺器官 在2019年的＂胚胎试验＂进行之前，其实科研团队已经做了多年的技术准备。 2017年3月，中内啓光教授带领自己的生物学家团队进行了鼠类之间的＂ 诱导性多能干细胞试验 ＂。 他们 将小实验鼠的诱导多能干细胞注射到经过改造的大实验鼠胚胎中 ，与2年后的试验一样，它们针对胰腺这一器官进行了培育。实验结果显示，两个周以后大鼠体内发育出了由小实验鼠细胞生成的胰腺组织。 为了测试这一器官是否维持着正常的功能，他们又进行了一个新的实验—— 将这一由小鼠细胞构成的胰腺器官移植到另一只胰腺功能受损、患有糖尿病的小鼠体内，以此来测试这一器官是否可用 。 鼠类间的＂诱导性多能干细胞试验＂ 令人感到欣喜的是，患有糖尿病的小鼠在移植胰腺后血糖水平下降到了正常水平，这证明了在鼠类之间注入诱导性多能干细胞来生成器官的可能性。 胚胎如何受精 缺乏受精这一过程依然能发育出人体器官，其关键就在于 对细胞基因的重新编程和人类诱导多能干细胞的植入。 这个具有开创性的＂人与动物胚胎实验＂构建了一个新的胚胎发育模式，更重要的是， 完全取消了受精过程。 受精卵改造 首先科学家会对这个胚胎进行＂改造＂。在胚胎还未开始发育时， 工作人员会对动物受精卵进行基因的重新编码。 基因 这个过程的生物学原理很简单：既然基因决定了生物遗传的方向，那我们就可以通过 分离、筛选或者重组 的方式改变细胞生长发育的方式。 在这个实验中，科研人员通过特定的科学技术 将带有遗传信息的DNA先分离出来，再进行重组 。通过对染色体序列的 改变和增删 ，最终实现对基因的改造。这样被改造后的基因在生物体内继续存在，但是此时生物的遗传特性已经被重新编排过了。 这些日本科学家正是这样， 删减了实验鼠受精卵中生成胰腺的基因 ，使其在体内无法正常出正常的胰腺组织，这样就为特殊的＂受精过程＂提供了先决条件。 删减胰腺基因诱导性多能干细胞 ＂诱导性多能干细胞＂由京都大学生物学教授山中申弥在2006年最先提出，凭借对这一新型细胞的研究，他获得了2012年的诺贝尔生理学或医学奖。 在2019年7月日本进行的这个＂人与动物胚胎试验＂中，正是＂诱导性多能干细胞＂起到了决定性的作用。 诱导性多能干细胞是处于胚胎状态的人造细胞，它在多个方面的能力和人体产生的胚胎干细胞都很相似 。其中最重要的是它在 基因表达修饰功能、细胞分裂倍增能力、基因形态表达 这三个方面保持了极其稳定的细胞能力，这使得它能在胚胎中对细胞进行诱导，并使其发生转变。 诱导性多能干细胞 往经过改造的胚胎中注入＂诱导性多能干细胞＂可以视作是一个＂ 授精 ＂的过程。这些具有强大分化能力的人造干细胞几乎可以分化成科学家想要的任何细胞形态。 在这个实验中，往试验鼠和试验猪的受精卵中植入诱导多能干细胞后，就会形成一个带有动物胚胎和人类细胞的＂结合胚胎＂，成功得到这个胚胎后科学家会将其移植回实验动物的子宫中让其继续发育。 此时经过基因改造的胚胎会在人类诱导多能干细胞的＂帮助＂下来生成那个它无法生成的器官组织，而这个器官组织就是科学家最后想要得到了可用于人体移植的人类器官。 产生人体需要的器官 这样，在没有授精过程的情况下，科学家通过这个试验就能得到人体器官了。 胚胎试验的发展 2010年，英国出台了有关人与动物胚胎试验的相关法案，以此来规避这些试验中产生的道德伦理问题。 在这份名为《 人工授精与胚胎学法案 》的文件中首次开放了人与动物的胚胎实验，不过必须是以医学试验为前提。这份法案得到了许多国家的效仿，此后 法国、德国 等欧洲国家也陆续出台了相关法案对人与动物之间的胚胎实验进行管理。 人与动物胚胎实验受到制约 而在生物学界一直有这样一条不成文的规定，任何有关人体细胞与动物胚胎的实验中，都不允许那些由人类细胞发育而来的胚胎持续发育14天以上。这条准则如今已经被部分国家写入法律，如上文所说，日本就是其中之一。 2021年3月17日，来自 以色列维茨曼生物科学研究所的雅各布·汉娜教授 和同事一起在《Nature》期刊上发表了一篇有关＂人造子宫培养胚胎＂的论文，在世界范围内引发了强烈反响。 根据资料显示，这一科研团队在人体外建立了一个可以培育胚胎的＂ 人造子宫 ＂,并成功的利用这个人造子宫培育了小实验鼠近一周的时间。在这相当于实验鼠胚胎完整发育期三分之一的时间里，这个胚胎始终保持了正常的发育状态。 人造子宫装置 这个实验的成功标志着人类在胚胎实验领域取得了巨大突破，不少科学家认为，＂人造子宫＂的出现使得人类在体外进行胚胎发育不再是想象，而人体器官也能通过这样的方式被培育出来。 结语 科技是一把双刃剑，这点毋庸置疑。 这项试验使得日本成为了诱导性多能干细胞胚胎试验方面的先驱，如今试验仍在继续，根据最近的报告显示， 日本科学家正在持续跟踪观测三年前成功移植器官的实验鼠，并观测它们产下的后代 。 日本科学家认为，对于试验鼠胎儿脑细胞的观察周期越长，这项试验的安全性就会越高。 胚胎的观察 日本开展的胚胎实验在本国是被允许的，但在世界范围内大部分国家都被明令禁止。根据日本官方的说法， 这个试验在整个过程中被严格管控，并成立了专门的审查机构督导试验。 这一过程中 一旦发生违规操作或者试验风险都会立刻叫停。 从目前的结果来看，这项持续至今的科研项目仍在我们的掌控范围之内，并且已经取得了一定的研究成果。等到这项试验的后续工作成功完成时，我们到时候可能真的可以利用动物培育人体器官，以此减轻器官移植手术的成本，造福人类。 动物培养人体器官