5月13日的《科學進展》(Science Advances)發表了一份報告,科學家製造出迄今最完整的小鼠和人類雜交體,人類幹細胞就可以將自己編織成正在生長的小鼠胚胎,填充正在發育的肝臟,心臟,視網膜和血液。在實驗的小鼠胚胎中,它的細胞中有4%是人類的,這是迄今人類與小鼠之間最徹底的混合。
在這種混合胚胎中,人類細胞(綠色)堆積在發育中的老鼠的眼睛(藍色)中
這樣的嵌合體可以幫助揭示單個細胞如何產生整個生物。與其他動物相比,更多的人性化動物在研究諸如瘧疾等對人的影響更大的疾病中也可能具有重要的價值。隨著更多的進步,嵌合體最終可能成為人體器官的來源。
人類細胞在其他動物中往往無法生長良好。許多科學家在老鼠或其他動物(包括豬和牛)中生長人類幹細胞時遇到了障礙 。達拉斯的德克薩斯大學西南醫學中心的幹細胞和發育生物學家Jun Wu說:「我們已經分析了成千上萬個胚胎,但從未見過人類幹細胞對小鼠胚胎的強大嵌合作用」。
神經科學家和幹細胞生物學家Jian Feng說,新方法的成功取決於時機。為了在小鼠胚胎中生長和壯成長,必須將人類幹細胞的發育時鐘恢復到稱為幼稚階段的早期階段。紐約布法羅大學的馮說:「基本上需要將人體細胞推回這一階段。」
馮和他的同事們通過一種叫做mTOR的蛋白質三個小時來重置幹細胞的時鐘。這種短暫的治療使細胞回到了幼稚的階段,大概恢復了它們轉變為體內任何細胞的能力。
研究人員將這些年輕人幹細胞中的10到12批分批註射到含有約60到80個小鼠細胞的小鼠胚胎中,並使這些胚胎發育17天。
從外觀上看,儘管具有人類細胞,這些胚胎仍正常生長。通過計算對小鼠或人類特異的DNA,研究人員發現人類細胞佔胚胎總數的0.1%至4%。
人類細胞將自己編織到老鼠的大多數發育組織中,註定會變成肝臟,心臟,骨髓和血液。研究人員發現,這些小鼠胚胎中的人類紅細胞特別豐富。少數人類細胞出現在將形成大腦的組織中。一個胚胎有一大堆人類感光細胞,即有助於檢測光的眼細胞。
據研究人員所知,沒有人類細胞存在於繼續形成精子和卵子的細胞中。嵌合體的繁殖能力是圍繞科學家仍在努力解決的令人擔憂的倫理問題之一。
一旦進入小鼠胚胎,人類細胞通常緩慢的發育速度就會加快以適應宿主。馮說,人類幹細胞通常會很慢地轉變成某些類型的成熟感光細胞,肝細胞或紅細胞,但當人類細胞位於小鼠胚胎內部時卻沒有。馮說:「將相同的人類細胞放入小鼠胚胎中,它們就會快速生長。」 「在17天之內,將獲得所有這些成熟細胞,否則這些細胞將需要數月才能進入正常的人類胚胎。」