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基因编辑猪心脏成功移植人体

加工时间:2022-03-07 信息来源:深圳特区报
关键词:基因编辑;猪心脏;人体移植
摘 要:
内 容:

“要么死,要么做移植手术。这是我最后的选择。"上手术台之前,接受全球首例猪心移植手术的57岁美国男子大卫·贝内特曾这样说。

1月10日,美国马里兰大学医学中心公开发布消息表示,该中心1月7日通过手术,成功将一颗经过基因编辑的猪心脏移植到患心脏病晚期的贝内特体内。术后经过3天观察,贝内特状况良好。

截至3月3日,贝内特完成手术已近60天,移植的猪心脏功能良好,已能下地活动,并于2月14日观看了一年一度的美国“超级碗"橄榄球比赛。更为重要的是,移植的猪心脏迄今没有出现被排斥的迹象,基本恢复正常的生活。相较于手术前因心脏不能正常供血而卧床数月,贝内特无疑是异种器官移植的成功受益者。

猪心移植的成功,在全球范围内,引起了科技界的强烈反响和大众的普遍关注,异种心脏移植(异种移植,指动物器官移植给人体,解决器官短缺问题)研究再次成为焦点。

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探索

寻找心脏源:从“大师兄"到“二师兄"

异种心脏移植,是指将心脏从其它物种的机体内取出植入到人体内,从而维持人体的正常生命活动。这项技术已经逐渐为公众接受,认为它给了人类第二次生命,延长了病人的寿命,提高了人类生命质量。

遗憾的是,因为供体器官短缺,全世界每年只有5000例左右患者能接受同种异体心脏移植手术,而人工心脏由于存在局限性,全世界每年植入人工心脏也仅有3000多例。负责美国人体器官移植事务的非营利组织“器官共享联合网络组织"数据显示,去年美国共3800多人接受了心脏移植手术,创下历史最高纪录。美国政府器官捐赠网站数据显示,美国目前约有11万人等待器官移植,每年平均逾6000人等不到接受器官移植而去世。

面对包括心脏在内的器官源的“供不应求",许多科学家将目光投向了动物界,而作为与人类最接近的灵长类动物狒狒最先被想到。1984年,科学家们首次尝试异种心脏移植,一个名叫Baby Fae的小女孩被移植了狒狒的心脏。不幸的是,由于狒狒和婴儿的血型不匹配,小女孩的免疫系统受到袭击,术后20天便死亡。Baby Fae的短暂生命和快速死亡受到了全球关注,许多人谴责杀死人类最亲近的动物以救人的想法,一位心脏病专家在《华盛顿邮报》上发表的一篇评论文章将这一过程描述为“医学冒险主义"。1992年,在美国匹兹堡,有医生再次尝试把狒狒肝脏移植给人,但接受移植的两例患者先后死亡。这几次异种器官移植,引发了不少争议,最终导致了异种器官移植临床应用被禁用,这一停就是30年。

不过,人类却没有停止对异种器官移植的探索。进入到21世纪,人们将目光锁定在了猪的身上。这不仅由于猪的器官尺寸与人类相近,更由于数千年的驯化,猪早已具备易繁殖、易饲养等诸多优点,且很少有与人共染的疾病,更重要的是在当前医学条件下,基因工程猪的制备相对成熟。

2018年12月,德国慕尼黑大学医院等机构研究人员在世界权威科学期刊《自然》发布论文介绍了将经过基因编辑的猪心脏移植到5只狒狒体内,且只需服用温和的抗免疫药物,其中4只狒狒的生存时间均超过了90天,最长的一只存活了195天,远超非人类灵长动物异种心脏移植的纪录。研究团队负责人甚至乐观地估计,可能在3年后实现首例人体临床试验。

此外,这次异种心脏移植手术团队成员之一、马里兰大学医学中心科研团队主任莫希丁,曾在美国国立卫生研究院做了大量的从猪到狒狒的临床前期试验。几年前他加入到了马里兰大学团队与临床心脏外科团队做了至少50例猪到狒狒的心脏移植。正是有这样大量的前期铺垫工作,才会有在人体上的突破性进展。

2

突破

移植猪心脏:

提前进行10项特定基因编辑

在手术前数月,57岁的大卫·贝内特的心脏已无法为全身泵出足够的血液,数月卧病在床,靠人工心肺机维持生命。医生审查他的病史时认定,他的身体状况不适宜接受人类器官移植,移植猪的心脏是他唯一的选择。事实上,10年前,他就曾移植过猪的心脏瓣膜。与普通患者相比,他更有孤注一掷的勇气。

据法新社报道,向贝内特提供心脏的猪经过转基因处理,共涉及10项特定基因编辑。研究人员敲除了猪染色体上3种可能导致人体对猪心产生排异的基因,敲除1种可能导致猪心脏组织过度增殖的基因,另外向猪染色体植入6种有助于人体接受异种器官的人类基因。为了能够顺利移植,研究团队在取出猪心后,将它放置在一个专门的盒子中,这个盒子会持续性地用营养和激素灌注心脏,使得猪心保持良好功能。

猪心移植手术于1月7日在美国巴尔的摩市进行,历时7小时。术后经过3天观察,贝内特状况良好。术后近两个月,移植的猪心脏功能良好,患者已能下地活动,更为重要的是,到目前为止,移植的猪心脏没有出现被排斥的迹象。不过,贝内特术后要定期服用免疫抑制药物,防止身体排斥外来器官,这也对移植器官长期存活起到至关重要的作用。

这起手术被认为取得了3个方面的初步成功:成功完成猪心脏移植到人体的手术,完全克服了超急性排斥反应,猪心脏的血流量、流速、压力符合人体血液循环动力学要求。马里兰大学医学中心在一份新闻稿中提到,这项手术将使世界“距离解决器官短缺危机更近一步"。

目前看来,未来将经过基因编辑的猪心脏移植到人体有两大应用前景。首先是在可供移植的人类心脏数量极其有限,以及人工心脏价格昂贵的情况下,猪心脏的大量供应能保证可用于移植的心脏器官更易获取。其次就在于它的应急使用,在心衰患者需要救命的情况下,如果既没有找到适合用于移植的人类心脏,又无力支付人工心脏昂贵的费用时,可以紧急移植猪心脏用来维持患者生命。

其实,贝内特并不是第一个接受猪器官移植的人。去年10月,纽约大学朗格尼健康医疗中心首次将猪的肾脏移植给人类。外科医生将基因编辑猪的肾脏与脑死亡患者的血管相连,随后肾脏开始工作,没有立即发生排斥反应。

在科学家看来,那一次手术不是移植,更像是一次连接,而这一次是真正地将动物心脏植入人体内。即便如此,医学专家普遍认为,是否能用猪心替代人类心脏,目前还无法下定论。一位医疗领域的投资人也表示,脏器移植一直是医疗投资界的热点领域,马里兰大学手术“步子有点超前,成功性需要观察"。

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悬疑

伦理问题多:

对整个人类是否安全?

虽然马里兰大学医学院这次猪心脏移植手术为人类心脏移植打开了一扇新大门,但也引发了人们对异种心脏移植伦理问题的思考:异种心脏移植的安全性有效性到底有多大?其中的安全性不仅是对接受移植的病人是否安全,而且是对整个人类是否安全?对于受体来说,将会受到心理和生理上的怎样影响……

众所周知,人类之间的组织、器官交换尚且存在难以解决的免疫难题,何况不同物种之间的组织、器官移植。虽然贝内特目前生存状况良好,但依旧不清楚移植手术后的急性排斥反应和慢性排斥反应是否能得到很好的解决。这需要长期的观察。一般急性排斥反应的高发期是接受手术后的3个月内。即使3个月过后,如果没有控制好,急性排斥反应也随时有发生的可能。

医用猪心脏会不会给人类带来猪的病毒和细菌?猪体内有18种人-非人动物互传的微生物,以及其他的细菌和寄生虫,此外还存在病毒感染的问题。有专家表示:“艾滋病等都是从动物传播到人类的疾病。许多动物身上还有人类不知道的病毒,究竟有多少种病毒隐藏在猪身上,谁也不知道。在这个未知领域到底有多大的危害,现在还不好判断。"

医用猪心脏是否能够与人的机体一直保持尺寸合适,同样让医学界持保守态度。虽然移植手术前的基因编辑中,敲除了可能导致猪心脏组织过度增殖的基因,但移植手术后,这颗心脏是停止生长,还是会继续生长?如果继续生长,会不会挤压胸腔,导致血压过高或过低、血液输出量过大或过小?这些都还不清楚,有待观察。

这起被称为划时代的心脏移植手术同样可能会触犯医学伦理的“禁区"。在部分人眼中,异种移植属于“去人化"的行为。使用其他物种的细胞、组织、器官替换人体的某部分,人的完整性被破坏,人还能否称之为人?异种移植的反对者认为此技术将会造成“人之所以为人"的哲学困境。

此外,异种心脏移植到人体是否会显示动物的特征?或某人在生育前移植了动物心脏,他的下一代体内会不会存在动物的基因?随着异种心脏移植研究的深入,这一现象带来的社会伦理问题将更加复杂,其供体动物的选择和相关社会问题的立法已引起有关国家的重视。

在伦理学家看来,虽然动物不具有绝对的权利,但也有自己的内在价值以及喜爱偏好,不应该对它们施加不必要的伤害。在异种移植过程中,不可避免地会对动物产生伤害,对于动物的利用会引发特定的伦理难题。

延伸阅读

猪心脏、人工心脏、3D打印心脏

“人心"迎来工业化时代

对于心脏、肺脏、胰脏这类器官,一场成功的移植手术意味着一位患者的新生,同时也意味着另一位捐献者的离去。从人道主义角度来看,这并不是多么值得开心的事情。

全世界的科学家们各显神通,寻找其他能够泵血的东西,来代替心衰患者那颗奄奄一息的心脏。于是,异体器官移植、人工心脏、心脏3D打印等技术陆续问世,为心脏病患者,尤其是重症心衰患者开辟一条新出路。

人工心脏

2021年9月21日,美国UofL Health-Jewish医院和路易斯维尔大学的心胸外科团队宣布,对一名女性患者进行了世界上首例“Aeson 生物假体全人工心脏植入术"。

这个被命名为Aeson的生物假体装置旨在通过生物材料和传感器模仿心脏的工作,从而在数年之内取代真正的心脏。其电池供电的材料由两个腔室和生物膜组成,重900克,而一颗人的心脏重约300克。

“这个概念诞生于近30年前,其背后的想法是创造一种替代心脏移植的设备,这种设备在生理上的工作方式就像人类的心脏一样,它可以跳动、自我调节,并与血液兼容。"参与此项技术研发的法国医疗器械公司卡玛特首席执行官斯蒂芬·皮亚特说。

心脏3D打印

2019年4月,以色列的科学家们成功用3D打印出一颗“人造心脏",这是人类首次成功设计并打印出一个具有细胞、血管、心室和心房的心脏。虽然这颗心脏里的细胞可以出现收缩,但不能像正常心脏一样搏动泵血。2020年7月,来自美国明尼苏达大学的研究人员首次利用3D打印技术,打印出能够正常跳动的心脏泵。

在这项研究中,科学家们解决了长期困扰的细胞密度问题,优化了由细胞外基质蛋白制成的专用生物墨水,将生物墨水与人类干细胞结合,并使用生物墨水加细胞来3D打印了心室结构。干细胞首先在结构中被扩展到高细胞密度,然后将它们分化成心肌细胞,最终使细胞能够像人类心脏一样一起跳动。这项发现可能对研究心脏病产生革命性的影响。



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