转基因猪的肾脏与患者腹部外腿的血管相连，并在54 小时后被切除。在此期间，猪的肾脏过滤废物和排泄尿液的功能正常，没有出现排斥反应。 —— 这是不久前的事。医学实验由纽约大学医学院朗格医学中心的医生进行。医生表示，这个案例表明，猪肾可能是透析患者和终末期肾病患者的最佳选择。
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经过三十年的寻找，科学家终于培育出完美的供肾猪？
作者|张艺萌
编辑|靖宇
过去，大多数情况下，需要器官移植的患者只能等待。只有极少数幸运者最终能够等待并获得成功的移植手术。
20世纪90年代，业界兴起了以猪器官为主要目标供体的异种移植研究。一开始就受到追捧，但后来面临技术困难，并因伦理问题被世界卫生组织禁止。近年来，随着基因技术的进步，“转基因猪”变得更加适合培养器官。纽约大学的这项实验也证明，20年后，异种器官移植可能会迎来快速发展期。
“小猪组合”或许是未来另一大医疗趋势。
01
“尚未出现排斥反应”
接受者是一名有肾功能不全迹象的脑死亡患者，经过协商，家属同意在维持生命的设备被移除之前参加试验。
移植的肾脏来自——GalSafe猪，这是United Therapeutics子公司Revivicor开发的一种猪。通过基因编辑，猪体内催化-半乳糖（-gal）细胞表面表达的基因被删除，-半乳糖是一种可能引起人体排斥的糖分子。
纽约大学朗格尼医学中心的外科医生罗伯特·蒙哥马利将猪肾与患者腿部和腹部的血管连接起来。新肾脏附着在患者腿部的血管上，并保留在体外，并覆盖有保护罩，以便进行观察和肾组织取样。
54小时后，没有证据表明接受者的免疫系统有排斥反应。研究人员拔掉了受试者的呼吸机，标志着试验的结束。
蒙哥马利说，使用一种称为体内灌注的模型，猪肾的功能似乎相当正常，产生的尿液量与移植的人肾的预期量相同。患者原本异常的肌酐水平（肾功能指标）在接受猪肾移植后恢复正常。 “死者的肾脏通常需要几天到几周的时间才能开始发挥作用，但这个猪肾立即发挥作用。”
专家们对此感到非常兴奋。 “器官捐献等候名单可能会立即变得非常短。”
通常，异种移植中的免疫排斥发生在身体的血液供应和器官之间的界面处，但在本次手术中并没有发生。
但在这次试验取得初步成功之后，仍有一些复杂而关键的问题需要解决。虽然基因编辑猪的肾脏没有引起超急性排斥反应（器官移植后48小时内发生的排斥反应），但是否会产生加速排斥反应（48小时至5天）或急性排斥反应尚不清楚。反应（超过1周）和慢性排斥反应。
此外，目前使用的基因编辑猪只是敲除了能够催化半乳糖分子的基因，但猪的器官中仍然隐藏着许多可能引发人体内免疫排斥反应的物质，以及可能引发人体免疫排斥反应的微生物。引起人类疾病，例如猪。独特的病毒等
当然，这个实验的初步成功仍然带来了很大的希望。在目前人肾不足的情况下，猪肾可以用来治疗急性肾功能衰竭患者，并在短期内维持生命，直到有可用的人肾，或者将猪肾作为永久性移植物保留在医院。体内的。蒙哥马利博士说，转基因猪“可能成为可持续、可再生的器官来源”。
当前，人体器官短缺是一个世界性问题。全球每年约有200万人需要器官移植来治疗疾病，但器官捐献者与接受者的比例不足1：20。
等待肾脏移植的平均时间为三到五年，等待移植的患者中有40%可能会在五年内死亡。据器官共享联合网络称，目前美国有近107,000 人正在等待器官移植，其中超过90,000 人正在等待肾脏移植。据《中国器官移植发展报告（2019）》统计，截至2019年底，全国仍有47382人等待肾移植。
中国器官移植发展基金会理事长黄洁夫2020年指出，目前我国每年约有30万患者因终末期器官衰竭等待器官移植，但每年器官移植数量仅约20,000。
02
“十二年的停滞”
异种移植是指将一个物种的组织移植到另一个物种中。与同种异体移植不同，异种移植成功的机会较低。异种物种之间存在显着差异，负责组织排斥的免疫系统很容易识别外来组织并强烈排斥它。
与与人类更相似的灵长类动物相比，猪的产仔数更多，生长速度更快，因此其维护成本较低，也不太可能引起伦理问题。猪器官的大小和功能与人体器官不同。非常相似，从各方面考虑，猪在人体器官移植等方面都有巨大的应用空间。
然而，由于先天免疫和炎症反应、凝血系统紊乱以及猪器官本身携带病毒的危害性等安全问题，猪器官移植人体的临床应用存在困难。
科学家发现，猪器官移植引起排斥反应的主要原因是人体内的天然抗体能够识别猪细胞表面的-半乳糖苷酶（-gal）和-半乳糖苷酶（-gal）。和N-乙酰神经氨酸羟化酶（Neu5Gc 蛋白）。这三种蛋白分别由GGTA1、B4GalNT2和CMAH基因合成。只有将上述三个基因全部敲除，猪器官移植到人体后几乎不会出现大的排斥反应，才有进入临床试验的基础。
此次手术中使用的肾脏是通过敲除猪编码糖分子的基因而获得的。
转基因猪实验逻辑，来源：Revivicor
20世纪90年代，猪器官移植项目一度风靡全球。各大制药厂和公司致力于开发避免排斥反应的药物。然而，将猪器官移植到人体中，不仅会引起免疫排斥反应，而且还涉及到猪的基因。该病毒中包含的逆转录病毒序列对人类也有潜在危险。因此，世界卫生组织发布命令，停止所有异种器官的临床试验，直到找到解决方案。
2000年，国际心肺移植学会提议，一旦60%的移植猪心脏的灵长类动物存活三个月，并且至少有一些迹象表明它们可以存活更长时间，就可以考虑在人类身上进行猪心脏试验。
2003年，美国Revivicor公司培育出世界上第一头-Gal糖分子基因被敲除的克隆猪。 Revivicor 的前身是PPL Therapeutics，这是一家生物技术公司——，该公司于1996 年从成年哺乳动物中克隆出第一只哺乳动物：多莉羊。
2018年，《自然》的一份报告称，基因编辑的猪心脏移植到狒狒体内后存活了195天。德国科学家挑选了小猪，对它们的心脏进行了基因改造，并将其移植到五只狒狒体内，使它们的血压降低到与猪相同的水平。手术成功了，这意味着人类或许可以进行这样的器官移植实验。
杨鹿晗是eGenesis的联合创始人兼首席科学家。在哈佛大学进行博士后研究期间，她和导师George Church率先使用Cripsr-Cas9技术来修改猪细胞的基因组，并于2014年开始致力于消除猪基因组中可能致病的基因。
她说：“由于无法预测何时以及如何解决这些问题，异种移植行业遭受重创，并经历了12 年的停滞。”
2020年9月，杨鹿菡团队在《自然生物医学工程》上发表论文，表明其团队研发的第三代基因编辑猪（“猪3.0”）已获得成功。 “猪3.0”不仅在免疫排斥方面取得突破，还实现了内源性逆转录病毒（PERV）敲除。 “猪3.0”细胞与人体凝血系统更加相容，降低凝血风险，并能延长移植器官的寿命。
2020年12月，异种移植迎来新篇章。美国食品和药物管理局(FDA) 已批准第一只转基因猪上市，它既可用于人类食品消费，又可作为潜在的治疗来源，即由Revivicor 开发的GalSafe 猪。
那就是这次手术中使用的肾脏供体猪。
GalSafe猪，图片来源：Revivicor
03
巨大的“蓝海”
放眼全球，拥有公开信息的异种移植公司屈指可数。
来源：盛辉
作为启瀚生物科技的姊妹公司，eGenesis 是最知名的公司之一。今年3月，该公司宣布完成1.25亿美元C轮融资，用于推进肾脏和胰岛细胞移植重大项目，优化现有基因编辑平台和GMP工厂。该公司正在创建三种猪模型并测试基因工程器官的有效性和安全性，临床试验预计将于2022 年开始。
手术中使用的猪的肾脏是由Revivicor 公司进行基因改造的。 Revivicor 是该国少数几家致力于开发用于移植人类的猪器官的生物技术公司之一。 12 月，FDA 批准对Revivicor 猪进行基因改造，用于人类食品和药品生产。该公司目前拥有100多头转基因猪用于移植试验和其他药物研究。
致力于利用猪器官进行人体异种移植的公司Miromatrix Medical于今年6月在纳斯达克上市，成为首家上市的异种移植公司。该公司预计将于2022年底在外部肝脏辅助系统的支持下开始其生物工程肝脏的人体临床试验。该公司已开发出灌注脱细胞和再细胞化方法，可以将废弃的猪器官转化为可移植的人体器官。
在国内，定位为“未来器官工厂”的中科奥格生物科技有限公司，正在通过基因编辑和克隆技术培育十余种转基因人源猪，用于异种移植研发，解决临床问题。器官移植。短缺问题。今年9月，公司完成4500万元A轮融资，目前正在筹建超净猪设施（DPF）医疗级异种移植医学供体基地，为临床试验做准备。
赛诺生物致力于糖尿病医疗技术异种移植的突破。它从培养的供体猪中提取胰腺，制备猪胰岛细胞生物制剂，并将其移植到患者身体的特定部位（主要是肝脏），为糖尿病患者提供新的治疗方法。构建较为完善的胰岛系统，用于治疗1型糖尿病、胰岛素依赖型2型糖尿病以及因各种原因接受全胰切除术的患者。
异种器官移植是一个新兴的、巨大的、尚未满足的市场，具有巨大的医学潜力和商业价值。众多国内外企业已率先进入这片蓝海；科学家们正在利用复杂的实验和先进的技术来支持和努力为患者争取一个没有焦虑、痛苦和等待的未来。
器官获取组织LiveOnNY 的首席医疗官艾米·弗里德曼(Amy Friedman) 博士说：“这确实是最前沿的转化手术和移植，一旦成功，我们能提供多少移植手术就令人难以置信。”
（陈凌也对本文有贡献。）
