豬：幫助解決器官移植危機

每 10 分鐘就會有人被加入國家移植等待名單。光是在美國，目前每天就有數十萬名患者等待挽救生命的器官捐贈。他們中的許多人處於肝臟、心臟、腎臟和其他類型器官衰竭的不同階段。但每天都有 22 名患者在等待移植過程中死亡，而美國每年僅進行約 6000 例移植手術（Donate Life）。 

儘管器官移植為醫學領域帶來了革命性的好處，但其過程仍存在缺陷。對器官的需求嚴重超過可用數量（OPTN）。器官的主要來源是已故的捐贈者。但如果人們不需要為了別人的生存而死呢？如果有一種方法可以讓我們生長這些器官呢？

在動物胚胎中培育人體器官的能力最近引起了研究界的極大興趣。美國國立衛生研究院 (NIH) 於 4 年 2016 月 XNUMX 日發表聲明，表示將為嵌合體、動物與人類有機體的實驗提供資金。他們取消了許多先前的人類幹細胞研究指南，其前提是嵌合體「在疾病建模、藥物測試，甚至最終的器官移植方面具有巨大的潛力」。正因為如此，近年來，甚至幾個月來，對人類幹細胞在動物中的應用的研究急劇增加（美國國立衛生研究院）。

這個想法

索爾克生物研究所基因表現實驗室教授胡安·卡洛斯·伊齊普蘇阿·貝爾蒙特(Juan Carlos Izipusua Belmonte) 在10 月份《科學美國人》雜誌上發表的文章中概述了他的實驗室在豬身上培育人體器官的方法。這項研究更具描述性的目標是在器官開始發育之前將其從動物器官的性質改變為人類器官，並使其生長至足月。這個時候，我們就可以收割它，並將其移植到出現器官衰竭的人類身上。

首先，他們透過使用 CRISPR/Cas9 酶作為「剪刀」來操縱豬的基因組，從而消除了豬創造功能性器官的能力，從而剪掉了負責創造特定器官的基因。例如，就胰臟而言，有一個名為 Pdx1 的特定基因，它完全負責所有動物胰臟的形成。刪除這個基因就會產生沒有胰臟的動物。然後，將含有先前刪除的動物基因的人類版本的誘導多能幹細胞 (iPSC) 引入細胞中，讓受精卵生長為囊胚。對於胰臟來說，這將是含有人類 Pdx1 基因的人類幹細胞的插入。然後需要將該胚泡植入代孕母親體內並使其發育。從理論上講，這使得囊胚成熟為成人並形成一個有功能的器官，但起源於人類而不是豬（《科學美國人》）。

我們現在在哪裡？

2010年，東京大學的Hiromitsu Nakauchi博士成功培育出一隻帶有大鼠胰臟的小鼠。他們也確定，與胚胎幹細胞相反，使用 iPSC 可以讓動物製造出實際上針對人類個體的新器官。這增加了移植成功的可能性，因為它降低了排斥的機會。它也減少了與使用和獲取胚胎幹細胞相關的倫理問題，由於從流產胎兒的組織中收穫胚胎幹細胞的性質，這仍然是一個極具爭議的過程（現代農民）。

Juan Carlos Izipusua Belmonte 也表示，他的實驗室的研究人員透過將人類幹細胞注射到豬胚胎中，成功地在囊胚中培育出了人類組織。他們仍在等待胚胎完全成熟的結果，並等待州和地方當局的許可以繼續他們的工作。截至目前，他們只允許讓豬人胚胎懷孕4週，之後他們必須犧牲動物。這是他們與監管機構觀察他們的實驗達成的協議。

Izipusua Belmonte 表示，他的團隊目前正專注於培育胰臟或腎臟，因為他們已經確定了啟動其發育的基因。其他基因則遠遠沒有這麼簡單。例如，心臟有多個負責其生長的基因，這使得成功敲除心臟變得更加困難。這意味著這種生長器官的能力不一定能解決我們所有的器官移植問題，而可能只能解決特定器官的問題，這些器官的發育可以由一個基因調節（《科學美國人》）。

問題

Izipusua Belmonte 在他的《科學美國人》文章中深入討論了該領域的局限性和優勢。關於使用豬作為替代品，豬的器官可以生長到適應需要移植的人所需的任何大小，從而適應各種體型。然而，人們對豬的妊娠期有擔憂，豬的妊娠期只有 4 個月，而人類則需要 9 個月。因此，人類幹細胞的分化時間會存在差異，通常需要 9 個月才能成熟。科學家必須調整這些人類幹細胞的內在時鐘。

另一個問題涉及使用 iPSC 作為人類幹細胞的來源。如前所述，儘管避免了倫理問題並且比胚胎細胞更具個體特異性，但 iPSC 並不那麼幼稚。這意味著這些幹細胞已經具有某種形式的分化，而發育中的胚胎已被證明將它們視為外來細胞而排斥。 Jun Wu 是索爾克研究所基因表現實驗室與 Izipusua Belmonte 的研究員，目前正在研究一種用生長激素處理 iPSC 的方法，以「對更廣泛的胚胎訊號做出適當的反應」。 Izipusua Belmonte 表示，到目前為止，他們已經顯示出有希望的結果，這種治療實際上增加了融入囊胚的可能性。然而，這項研究仍處於早期階段，因此儘管看起來很有希望，但完整的影響仍然未知。

此外，這些研究還存在著許多問題。豬和人類在演化上的關係並不像人類和老鼠那樣密切，迄今為止，人類和老鼠已經顯示出人類器官的成功生長。人類 iPSC 可能已經適應了無法感知近親差異的情況，但如果豬距離這個範圍更遠，那麼整合到囊胚中可能是不可能的。在這種情況下，其他動物宿主將需要進一步探索（《科學美國人》）。

道德問題

很明顯，此類技術存在一些非常極端的道德問題。我相信您在閱讀本文時也已經想到了一些。由於它最近才出現在科學世界中，我們並不真正了解這項技術的全部能力。人類 iPSC 整合到胚胎中可能會擴散到身體的其他部位，甚至可能擴散到大腦。當我們開始在豬腦中發現人類神經和組織，使豬比普通豬具有更高水平的推理能力時，會發生什麼事？

這與活體嵌合動物的分類有關。這頭豬會被認為是半人嗎？如果不是的話，那絕對不只是一頭豬，那又是什麼意思呢？我們在哪裡畫線？此外，如果這頭豬含有人體組織，它可能容易患上人類疾病，這對於傳染病的傳播和突變來說將是災難性的（《每日郵報》）。

史丹佛大學社會幹細胞計畫主任、生物醫學倫理中心高級研究學者克里斯托弗·托馬斯·斯科特博士（Christopher Thomas Scott）博士解釋說，人類功能不僅僅是大腦中的細胞。他表示，“它們的行為會像豬一樣，它們的感覺也會像豬一樣”，即使它們的大腦由人體組織製成，它們也不會突然開始像人類一樣說話和發揮作用。然而，值得注意的是，對於與人類更相似的動物，例如黑猩猩和大猩猩，情況可能並非如此。正是在這些情況下，考慮這種向人體組織的轉移會特別令人恐懼。正因如此，國家衛生研究院禁止在靈長類動物身上進行此類實驗，因為引入人類幹細胞的完整後果仍然未知（現代農民）。

其實際過程是，我們只是為了獲取豬的器官並殺死它而飼養豬，這本身就是一個有爭議的話題。器官農場的想法尤其引起動物權利活動人士的注意。豬已被證明與我們有著同樣的意識和痛苦水平（《現代農民》），因此有人認為，純粹利用它們來生長人體器官，收穫它們並讓它們死去是嚴重不人道的（《每日郵報》） 。

另一個問題涉及嵌合動物之間的交配。目前尚不清楚人類幹細胞整合到動物體內會如何影響這些動物的生殖系統。與大腦的情況一樣，其中一些幹細胞可能會遷移到生殖系統，在極端情況下，創造出功能齊全的人類生殖器官。這絕對是災難性的，因為從理論上講，這將導致具有這種特徵的雄性和雌性豬形成完全人類的精子和卵子。如果其中兩個嵌合體交配，這甚至可能導致更極端的情況，即農場動物體內會形成完全人類的胎兒（《科學美國人》）！