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为什么科学家们已经在实验室里创造嵌合体几十年了

嵌合体,即两种动物的混合体,有朝一日可能为科学家提供更好的实验室模型,并为患者提供器官移植。

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图片来源:BlueLotusArt/Shutterstock

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在《伊利亚特》中,希腊诗人荷马描述了一种据称栖息在小亚细亚的可怕野兽,被称为奇美拉(嵌合体)。这种凶猛的生物长着狮子的头、山羊的身体和蛇的尾巴,据说能喷火。

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这种神话中的奇美拉已留在传说中。但如今的科学家们正在创造自己的嵌合体,将来自多个物种的细胞混合在单一动物体内。

最近,有消息称一个研究团队在食蟹猴胚胎发育的早期阶段,通过将人类干细胞植入其中,创造了人类-猴子嵌合体,这个词因此再次浮出水面。这些胚胎从未植入子宫,也未被允许完全发育,但它们生长后含有人类和猴子细胞的混合物。

这些嵌合体重新引发了一场长达数十年的关于创造此类生物的伦理辩论。尽管创造多物种动物具有科学和医学优势,但一些科学家指出,我们对嵌合体如何发育和行为的理解仍在不断增长,这提醒我们需要保持谨慎。而且,创造混合物种,特别是那些涉及人类细胞的物种,带来了我们仍然没有简单答案的棘手伦理困境。

在实验室中创造嵌合体

涉及将一个物种的细胞放入另一个物种的实验实际上可以追溯到几十年前。早在20世纪60年代,科学家们就试图在鹌鹑和鸡之间进行杂交,1973年,其他研究人员报告了第一个小鼠-大鼠嵌合体

嵌合体是通过将来自一种动物(相同或不同物种)的细胞植入另一种动物体内而制成的。这与杂交体(两种不同物种的动物相互交配产生)和嵌合体(由同一受精卵中基因不同的细胞组成)不同。

在小鼠-大鼠嵌合体实验中,科学家将发育中的大鼠细胞植入小鼠胚胎的最早期阶段,称为囊胚。随着胚胎的生长和发育,来自两个物种的细胞分裂并混合,形成了一种既是大鼠又是小鼠的动物。其他实验也创造了两种牛种的嵌合体,以及绵羊-山羊嵌合体。科学家发现,从进化上相互接近的物种(如小鼠和大鼠,或人类和猴子)中创造嵌合体要容易得多。

尽管如此,一些涉及将人类细胞植入其他生物的实验成功有限。例如,2013年,研究人员将人类脑细胞植入新生小鼠的大脑中。这些小鼠不仅存活下来,而且在标准认知测试中表现优于普通小鼠。

如今,制造嵌合体的科学家通常依赖干细胞。在发育的早期,胚胎由多能干细胞组成,这些干细胞可以发育成身体中的任何细胞。使用多能干细胞,科学家可以在发育的早期阶段将新细胞植入胚胎中。

这正是研究人员在他们的猴子-人类嵌合体实验中所做的。他们取了132个猴子囊胚,每个都注射了25个人类多能干细胞。然后,他们让胚胎在实验室中发育了大约20天。对胚胎的基因测试显示,所有132个胚胎中都含有人类细胞,这意味着人类和猴子的细胞都在其中生长。大多数胚胎未能存活——只有100多个活到10天,19天后只有3个存活。含有大量人类细胞的胚胎也随着时间的推移而减少,到第13天时总数约为三分之一。但结果仍然表明,在实验室中创造人类-猴子嵌合体是可能的,为未来的研究打开了大门。

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我们为什么要混合物种?

嵌合体不可避免地会让人联想到弗兰肯斯坦、变种人以及一系列其他科幻作品中的生物。但如今这类模糊物种界限的生物的现实远没有那么令人兴奋。大多数嵌合体是由亲缘关系密切的物种制成的,这个过程并没有赋予它们特殊的特性。当前的大部分工作都集中在创造更好的动物模型,以便研究药物和疾病,或推进器官移植研究。

如今,小鼠被用于研究各种人类疾病。然而,尽管小鼠模型用途广泛,但它并非总能忠实地复制人类疾病。如今,研究人员有时会将特定的人类基因植入小鼠体内,使其成为特定疾病的更好模型。但创造由人类和小鼠基因真正混合组成的鼠-人嵌合体将使小鼠成为更好的医学研究工具。这可以加速医学研究,并可能为衰弱性疾病带来新的治疗方法。

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如今,科学家们还在探索将动物器官移植到人类体内,即异种移植。例如,来自基因改造猪的器官有一天可能用于人类。但是,将一个物种的器官移植到另一个物种体内存在许多障碍,例如身体可能排斥捐赠。嵌合体可以使医生在动物体内培育出完全是人类的器官用于移植。在实现这种可能性的最初步骤中,科学家们在2010年在小鼠体内培养了大鼠胰腺

伦理问题迫在眉睫

在实验室中创造嵌合动物引发了一系列伦理问题,其中一些是旧的,另一些是全新的。一组研究人员在2016年《自然》杂志的一篇综述论文中阐述了主要的争议。嵌合体的健康和福祉需要被考虑在内,就像科学家在实验室中使用的任何动物一样。嵌合体是否会因为它们的跨物种血统而经历额外的痛苦?它们在生命周期中是否受到了良好的对待?

供体干细胞有时也取自人类胚胎,这在过去引起了一些团体的担忧。以这种方式获取的人类干细胞将来可能用于嵌合体。

将人类干细胞插入动物囊胚以创建嵌合体意味着这些细胞可能随着动物的生长而成为许多不同组织和器官系统的一部分。这种嵌合细胞广泛整合的后果目前尚不清楚。但可以想象,其中一些细胞最终可能成为神经或生殖细胞。我们很有可能将具有人类大脑或生殖细胞的动物与具有人类肝细胞的动物区别对待。在这些情况下,“人化”的伦理开始变得更有意义。

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目前,对于我们应该如何看待那些变得更像人类的动物,还没有达成共识。它们是否应该享有额外的权利?在嵌合动物中,人类与非人类之间是否存在明确的界限?这些问题仍有待科学家和整个社会来解答。

目前,科学家尚不具备创造真正人-动物嵌合体的能力,也只能有限地创造其他物种的嵌合体。考虑到所涉及的问题,关于这项研究可能进展到何种程度以及进展速度尚不清楚。但与传说中喷火的狮头羊身蛇不同,今天的嵌合体无疑是真实存在的。

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