今日，由美國(guó)科學(xué)院和工程院雙院士，哈佛大學(xué)（Harvard University）George Church教授和合成生物學(xué)家楊璐菡博士共同創(chuàng)立的eGenesis公司宣布，完成數(shù)額為1億美元的B輪融資。而在今年9月，在中國(guó)創(chuàng)建的eGenesis姊妹公司啟函生物剛剛完成數(shù)額為2550萬美元的A+輪融資。這兩家公司的共同目標(biāo)是使用世界先進(jìn)的基因編輯技術(shù)對(duì)豬的基因組進(jìn)行編輯，生產(chǎn)可用于人體移植的安全有效的細(xì)胞、組織和器官，解決世界器官移植供體嚴(yán)重短缺的問題。為何這兩家公司受到投資人的青睞？異種移植離挽救患者生命還有多遠(yuǎn)？今天藥明康德內(nèi)容團(tuán)隊(duì)將為您介紹這一解決器官短缺危機(jī)的重要手段。
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在eGenesis公司的網(wǎng)頁上，列舉著一系列展現(xiàn)器官移植供體短缺的數(shù)字。在美國(guó)，有超過11萬人在等待器官移植來挽救他們的生命，每10分鐘就會(huì)添加一名新的患者。每天，大約有20名患者因?yàn)榈炔坏胶线m的移植器官而去世。近日在Science Immunology上發(fā)表的一篇綜述表明，自1990年以來，美國(guó)器官移植需求的增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了移植供體和可移植器官的增長(zhǎng)速度。在中國(guó)，每年有30萬適合器官移植方式治療的患者，但是僅有1萬多人能夠得到器官移植的救治。
▲器官短缺的發(fā)展趨勢(shì)（圖片來源：參考資料[1]）隨著器官移植技術(shù)的不斷完善，它已經(jīng)成為治療腎功能衰竭和其它器官疾病患者的重要選擇。然而，正是由于器官移植手術(shù)的成功率上升，導(dǎo)致了更多患者適于接受這一手術(shù)治療，加劇了移植器官的需求和供給方面的嚴(yán)重失衡。
傳統(tǒng)的移植器官來自去世的人群，然而由于大多數(shù)去世的人體內(nèi)的器官并不適合進(jìn)行移植（據(jù)統(tǒng)計(jì)只有不到1%的死者的器官可以用于移植），這一途徑無法迅速得到擴(kuò)展，產(chǎn)生足夠的器官滿足移植手術(shù)的需求。
而使用生物工程手段以干細(xì)胞或祖細(xì)胞為原材料構(gòu)建或三維打印器官雖然在概念驗(yàn)證上取得了很大的成功，然而目前制造的器官都非常小，還無法在大型動(dòng)物模型中使用。因此，使用其它哺乳動(dòng)物（例如豬）的器官進(jìn)行異種移植可能是解決器官短缺危機(jī)的重要近期手段。
在上世紀(jì)90年代以來，大多數(shù)科學(xué)家們的共識(shí)是豬是最適合提供異種器官的動(dòng)物。因?yàn)樨i的器官與人類器官大小相似，而且具有非常接近的組織學(xué)和生理學(xué)特征。阻礙豬的器官成功移植到人體的障礙主要是兩方面，一方面是人體對(duì)異種器官的免疫排斥作用，這包括人體中存在抗體和T/B淋巴細(xì)胞對(duì)豬器官的排斥。另一個(gè)原因是豬攜帶的一種對(duì)豬有益卻會(huì)傳染人類的病毒——豬內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒（PERV）。這種病毒有可能引發(fā)類似HIV的病毒感染。
在解決免疫排斥作用方面，過去30年的研究已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。通過使用基因工程，科學(xué)家們能夠在豬的器官中表達(dá)調(diào)節(jié)人體免疫反應(yīng)的蛋白，敲除豬器官中引起人體免疫排斥反應(yīng)的抗原。在非人靈長(zhǎng)類模型中，豬的移植器官的存活時(shí)間從最初的幾分鐘，延長(zhǎng)到了幾天、幾個(gè)月。
▲提高異種器官存活時(shí)間方面的進(jìn)展（圖片來源：參考資料[1]）去年《自然》雜志上發(fā)布的一項(xiàng)研究中，德國(guó)慕尼黑大學(xué)（LMU Munich）的一支研究團(tuán)隊(duì)將通過基因工程改造的豬心臟移植到狒狒的體內(nèi)。他們敲除了編碼半乳糖基轉(zhuǎn)移酶（galactosyltransferase）的基因，防止豬心臟產(chǎn)生導(dǎo)致急性免疫排斥反應(yīng)的多糖，然后添加了表達(dá)人類CD46蛋白和血栓調(diào)節(jié)蛋白（thrombomodulin）的基因。CD46能夠幫助抑制免疫系統(tǒng)的過激反應(yīng)，而血栓調(diào)節(jié)蛋白可以防止導(dǎo)致移植器官死亡的血栓的產(chǎn)生。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，豬的心臟在狒狒體內(nèi)最長(zhǎng)存活到了195天，打破了豬心臟在狒狒體內(nèi)存活時(shí)間的紀(jì)錄。研究人員表示，使用更好的免疫抑制手段，他們有望將豬心臟的存活時(shí)間提高到1年。這將為在開展人體試驗(yàn)鋪平道路。
CRISPR基因編輯技術(shù)助力攻克PERV感染難題
eGenesis公司和啟函生物則利用CRISPR基因編輯技術(shù)，在解決PERV感染問題上獲得了突破。在2017年，eGenesis的研發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的論文表明，使用CRISPR-Cas9技術(shù)，研究人員可以精準(zhǔn)地讓豬的原代細(xì)胞系（porcine primary cell line）中的所有PERV序列失活，隨后培育出的小豬體內(nèi)的PERV序列繼續(xù)處于失活狀態(tài)。這意味著，豬攜帶的PERV病毒序列可能帶來的安全隱患，得到了成功的解決。這一研究產(chǎn)生的小豬“萊卡”也登上了《科學(xué)》雜志的封面。
圖片來源：《科學(xué)》，Photo: K. Fan/eGenesisCRISPR基因編輯的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，它可以高通量對(duì)豬的基因組進(jìn)行編輯，除了讓PERV序列失活以外，還可以用于解決上面提到的免疫排斥問題。eGenesis和啟函生物的研究團(tuán)隊(duì)目前已經(jīng)能夠使用CRISPR基因編輯技術(shù)，在豬的基因組中更改幾十處基因序列。這一技術(shù)有望更為快速、安全地完成對(duì)豬基因組的修改，產(chǎn)生適用于移植到人體的器官。除了免疫排斥和PERV病毒感染問題以外，將豬器官移植到人體還需要解決的是器官大小的問題。在狒狒中的試驗(yàn)表明，移植到狒狒中的豬心臟會(huì)繼續(xù)生長(zhǎng)，比通常狒狒的心臟要重62%。這會(huì)擠壓其它維持生命的器官，并且導(dǎo)致動(dòng)物的死亡。不過科學(xué)家們?cè)谶@方面也取得了進(jìn)展，前面提到的德國(guó)團(tuán)隊(duì)使用CRISPR基因編輯技術(shù)，將豬生長(zhǎng)激素受體（GHR）基因關(guān)閉。這種方法能夠?qū)⒇i的重量從原先的360斤降到150斤左右，與人類的體重更為接近。
目前，多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)接近開展臨床試驗(yàn)，檢驗(yàn)豬器官在人體中的表現(xiàn)。eGenesis公司進(jìn)展最快的研究項(xiàng)目是開發(fā)用于腎臟移植的豬腎臟。而德國(guó)慕尼黑大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)擁有成產(chǎn)無菌豬器官的開發(fā)中心，他們開展的第一項(xiàng)臨床試驗(yàn)可能是將豬心臟用于延長(zhǎng)具有先天性心臟畸形兒童的生命。目前，這些新生兒可能需要等待超過3個(gè)月的時(shí)間才能獲得一顆新的心臟，而在這三個(gè)月里，他們的死亡率超過50%。即使移植到體內(nèi)的豬心臟無法伴隨患者一生，它們也可以為這些兒童爭(zhēng)取到寶貴的時(shí)間。
eGenesis的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席科學(xué)官楊璐菡博士曾經(jīng)說：“我們正在努力創(chuàng)造一個(gè)告別器官短缺的世界。我們終于擁有了解決以前無法解決的問題的工具。”雖然還有很多問題需要解決，但是“無論如何，我們有責(zé)任將前沿科學(xué)轉(zhuǎn)化為醫(yī)學(xué)，挽救所有等待救治的患者。“
▲eGenesis的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席科學(xué)官楊璐菡博士（圖片來源：eGenesis官網(wǎng)）
參考資料：
[1] Sykes and Sachs, (2019). Transplanting organs from pigs to humans. Science Immunology, DOI: 10.1126/sciimmunol.aau6298
[2] Meet the pigs that could solve the human organ transplant crisis. Retrieved November 4, 2019, from https://www.technologyreview.com/s/614653/meet-the-pigs-that-could-solve-the-human-organ-transplant-crises/
[3] 啟函生物. Retrieved November 4, 2019, from http://www.qihanbio.com/tech/
[4] eGenesis Announces $100 Million Series B Financing. Retrieved November 7, 2019, from https://www.egenesisbio.com/egenesis-announces-100-million-series-b-financing/
