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豬心移植，離我們還有多遠？
極客公園2022/06/07
摘要
3-5年內，異種移植的臨床試驗即將到來。
中國已成為世界器官移植第二大國。據統計，我國每年約有30萬人等待器官移植，但每年能完成移植的只有2萬人，這使得大量患者不得不在疾病的煎熬中等待。
讓豬為人類提供移植器
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豬心移植，離我們還有多遠？
極客公園2022/06/07
摘要
3-5年內，異種移植的臨床試驗即將到來。
中國已成為世界器官移植第二大國。據統計，我國每年約有30萬人等待器官移植，但每年能完成移植的只有2萬人，這使得大量患者不得不在疾病的煎熬中等待。
讓豬為人類提供移植器官成為目前最有效的解決方案。
2022年6月7日，65438，馬裏蘭大學醫學院宣布世界首例成功將基因編輯的豬心臟植入活人體內的手術。57歲的心臟病患者大衛·班尼特(David Bennett)在接受轉基因豬心臟移植後恢復良好。但手術後59天，因病情惡化去世。5月4日，《麻省理工學院技術評論》披露，在豬心臟中檢測到豬巨細胞病毒(CMV)，這可能是大衛死亡的直接原因。但是為什麽豬的心臟會出現巨細胞病毒呢？這會影響豬作為供體器官的未來嗎？目前還沒有定論。
將豬的器官移植到人體內，看起來還是有希望的，但是道路是曲折的。
中國的公司也在這方面進行探索。中科奧格創始人潘博士，因中國首例體細胞克隆豬和異種肝移植，兩次獲得國家科技進步二等獎。據了解，該公司在向非人靈長類動物移植多基因修飾的人源化豬組織器官(肝臟、腎臟、胰島)方面取得了壹系列重大進展。在之前的采訪中，潘博士表示:“中科的異種移植研究將爭取在未來三年內進入臨床試驗。」
潘鄧柯博士做客極客公園《方正公園》“重建”欄目|來源:重建現場截圖
5月29日，在極客公園Rebuild視頻直播期間，潘博士為我們介紹了異種移植行業的發展現狀，分析了馬裏蘭大學的運營對異種移植行業的影響，並暢想了異種移植的未來發展。
異種移植為什麽選擇“豬”？
方正樸:從專業的角度，如何解讀馬裏蘭大學的這個實驗？
潘登科:業界公認的劃時代手術，可以說開創了異種移植的新時代。
這個實驗中的豬心來自美國的Revivicor公司，他們從2002年開始培養豬的器官。負責這項實驗的兩位科學家，世界上最重要的動物器官移植專家之壹穆罕默德·莫希烏丁(Muhammad M. Mohiuddin)教授和著名移植外科醫生巴特利·p·利·格裏菲斯(Bartley p . Schmidt)進行了心臟移植手術。從2016開始，我們壹直在嘗試將豬的器官移植給狒狒，存活期超過8個月。可以說整個免疫程序已經很成熟了，只是在等壹個合適的病人。
這個病人，大衛·班尼特，是壹個57歲的心律不齊患者。十多年前做過心臟瓣膜手術，身體不好。他在元旦前兩周開始依賴體外膜肺氧合機器，並壹直在排隊等候他的心臟。但是，因為我以前坐過牢，所以名聲不好。其實排隊的希望很渺茫。再加上心律不齊，我接受不了機械人工泵。病人沒有別的辦法，就同意了這個方案。
在法律上，2020年，美國美國食品藥品監督管理局(FDA)批準了第壹只基因敲除豬，可用於人類食物消費和作為潛在的治療來源。美國還有壹個“同情使用”項目。當患者在現有治療技術下沒有選擇的時候，如果有壹種技術可以治療患者並使患者受益，可以將治療技術上報FDA審批。2021 65438+2月31，當患者處於危險期時，FDA緊急授權交感神經使用。
與此同時，FDA同意批準該實驗，這次還在第二臨床階段使用了免疫抑制劑抗CD40抗體藥物，以預防異種移植排斥反應。
能活兩個月是很大的進步，不是失敗，在病人身體狀況這麽差的情況下。這是壹次真實的生命延續，向世人表明，這是外來器官進入人體的明確信號。
方正樸:異種移植技術發展如何？
潘鄧柯:異種移植的概念實際上早於人與人之間的器官移植。在20世紀20年代，當人們害怕彼此接觸時，他們想到了將動物器官移植到人類身上。但隨後的發展仍然集中在人與人之間的器官移植上。但是當人與人之間的技術成熟後，就面臨著器官短缺的問題，而異種移植壹直是臨床上解決器官短缺的壹種方式。
隨著克隆技術、轉基因技術、基因編輯技術等生物技術的發展，狒狒和大猩猩的器官在20世紀60年代被首次使用，但生存狀況並不是特別理想。最後，他們改用豬，在進入人體之前，他們必須在非人靈長類動物身上進行實驗。狒狒主要在美國被使用，但是猴子在中國被使用。
豬器官移植到非人靈長類動物的實驗數據|來源:中科Og
這張圖片顯示了豬的器官在非人靈長類動物中的存活時間從65438年到0989年。壹開始用的是轉基因技術，2000年以前效果壹般。克隆技術出來後，大家看到了希望，存活時間得到了壹定程度的延長。之後通過基因敲除解決了超急性排斥反應，之後又進入了另壹個低谷期，因為異種移植除了超急性排斥反應之外，還有錯配導致血栓形成的問題，從2005年到2015年進入了壹個很長的時期。2016後存活時間達到壹年以上。2019年國際上開始討論能否進入臨床試驗。
方正樸:為什麽選擇豬而不是其他靈長類動物？
潘:1963年用黑猩猩做了腎移植和心臟移植，做了很多例。最長存活時間為9個月，壹般為失敗。壹是受限於當時的技術水平，也就是免疫抑制劑的問題。60年代免疫抑制劑剛剛起步，同種異體移植沒有發展起來。用黑猩猩的時候也有排斥，解決不了。
第二個問題是非人類靈長類動物的生長周期長，很多都是單胎，繁殖緩慢。而且黑猩猩和狒狒目前很難克隆和轉基因。
第三個問題是道德。非人靈長類動物與人類非常接近，在動物倫理上很難獲得社會認可。但是，大多數人對豬還是沒有異議的。另外，非人靈長類動物與人類過於接近，越接近越容易傳播疾病。比如我們都知道，艾滋病在非洲可能是黑猩猩傳播的。出於這些原因，從20世紀60年代到90年代，我花了近30年時間研究非人靈長類動物，但我最終否認了這壹點。
如果選擇豬，有幾個原因。
經過長期馴化，豬的心臟、腎臟等器官與人類非常相似，新陳代謝也與人類非常接近。但是到了90年代，克隆技術和基因編輯技術還沒有出來，還無法進行基因改造來解決排異問題，進展比較緩慢。2000年豬克隆技術成功後，豬又有了不止壹個胎兒，可以生下十幾頭豬。也解決了半年生長期和生長周期的問題。從下圖可以看出，隨著技術的發展，豬的器官在非人靈長類受體上的存活時間也在延長。
豬在非人靈長類受體上的存活時間|來源:中科Og
其次，豬的倫理問題相對較少，豬和人的親緣關系不遠，傳播疾病的風險較低，容易進行轉基因，所以選擇豬。
方正樸:目前以豬為基礎的異種移植面臨哪些挑戰？
潘登科:最大的問題是拒絕。相比非人靈長類動物，豬和人會更排斥。然而，經過近20年的研究，隨著基因修飾和克隆技術的成熟，已經探索和轉化了30多個位點，基因修飾的理想組合是目前的壹個挑戰。
第二種是轉基因技術，相對來說比較難。目前國際上公認的區別於人類的抗原有三種。我們可以去除90%的抗原。除了這三個抗原，還有65，438+00%未完成，這也是我們的機會。我們比國外晚發展了十年，但是如果能找到第四種抗原，對這件事會有很大的推動作用。
最後是免疫抑制劑和急性排斥。同種異體移植的進步是因為抑制劑的發展，異種移植也應該走同樣的路。不同物種間免疫抑制劑的開發和應用必將促進異種移植的發展。另外馬裏蘭醫院的這個手術證明超急性排斥是可以解決的，但是接下來要解決急性排斥和慢性排斥。
方正樸:為什麽移植器官如此稀缺？如果將來解決了器官移植的問題，可能會通過什麽方式解決？
潘登科:器官短缺是壹個全球性問題。美國是第壹大國，我們國家應該是第二大國。人與人之間需要匹配，主要是數量不夠。美國是壹個大的捐贈者，四個病人正在等待壹個器官。在中國，每年有30萬人等待器官移植，但每年只有大約1.8萬人能得到器官。1984年，美國有壹例狒狒的心臟移植給嬰兒。直接原因是它不能等待器官。
另外，隨著生活質量的提高，除了死於意外的人，比如車禍，正常人到了八九十歲也不能捐獻器官進行移植，這是目前同種移植無法解決的供體數量和質量問題。
通過移植豬器官來解決器官短缺的問題，首先要對豬進行改造，應用基因編輯和轉基因技術，然後采用標準化、工廠化飼養。國家和社會應該有壹批致力於這個問題的人才，解決監管和法律的問題。
異種移植的現狀和未來
方正樸:養殖這樣壹頭豬大概成本是多少？主要的挑戰是什麽？
潘:目前我們主要用廣西巴馬小型豬，這是中國特有的。長大後會有40到50公斤重，和人的體重差不多。近年來，我們主要使用腎臟。馬裏蘭醫院的實驗用的是大型豬，需要專門去除生長激素基因，這樣器官才不會長得太大。
廣西巴馬小型豬|來源:廣西商務廳官網
目前培育壹頭可移植的供體豬的研發費用大概是654.38+0萬，因為需要克隆技術和轉基因技術，克隆壹頭豬的費用大概是5萬，然後需要轉基因技術，再加上給猴子做器官移植的手術也需要幾十萬。後續還需要驗證是否可以繁育，是否可以世代自然遺傳。
但豬的價值不僅限於此。心臟和腎臟可以移植，皮膚可以做膠原蛋白，角膜也可以。這些都是可以綜合利用的，這樣初期的投入會有更好的回報。
器官捐獻豬對培養環境的要求更高，類似於細胞培養的實驗室。我們稱之為“超凈設施”。所有飼料和水都要消毒，飼料要特別定制，飼養人員要穿防護服，這樣可以隔離壹些病原微生物和外部寄生蟲，保證豬不會給人類帶來傳染病。
拒絕的問題解決了，也就是有效性的問題解決了。然後就是生物安全性的問題，主要是通過凈化去除潛在的致病微生物。
創始人樸:妳為什麽決定在異種移植領域創業？當時是怎麽考慮的？
潘:在我讀博士期間，我的項目是克隆小型豬。畢業後，我去了中國農業科學院。當時馮樹堂教授正在培育小型豬的近交系。我也加入了這個研究小組，利用克隆技術培育器官捐獻豬。2008年，我參加了國家轉基因豬重大專項，但是轉基因豬的市場不被社會接受，所以想找壹個新的方向。
當時美國和德國的很多團隊都在做異種移植項目，而中國很少有人做這個。這很難，所以我想我應該做這件事。既然我有這樣的技術，就應該做點實事。當時決定先敲除α-Gal(α-1，3半乳糖基轉移酶)基因。2008年申請了863項目，花了兩年時間攻克了這個。我很幸運的找到了壹些助手，從2008年到2065438+2008年，我們用了十年的時間完成了國外大概20年的工作。就這樣，我決定了自己的方向，圍繞豬的後續臨床前試驗，我壹直在找科研院所合作。
2065438+2008年，美國很多公司都在討論器官移植的臨床試驗。這時候他們覺得，如果我們不把知識產權以公司化的方式固定下來，同時吸引社會資本來運作，可能會離國外越來越遠。畢竟當時科研院所的團隊規模比較小，沒有足夠的資金支持技術從實驗室走向產業。
此外，國際異種移植專家壹直呼籲不要停留在實驗階段，而要進入臨床試驗階段。其次，讓我有信心的是，許多外國人才已經回到中國，如戴壹凡教授和鄧教授。同時，多位國際知名異種移植專家來華指導交流。
異種移植是壹個全球性問題。不是壹個面臨器官短缺的國家，也不是壹個公司或者壹個團隊能夠解決的問題。很多知識和技術需要分享和交流。
方正樸:目前我國異種移植的技術現狀如何？什麽水平？
潘:中國在動物克隆和轉基因技術方面是世界上最好的國家之壹。剛才我們提到了超急性排斥反應。豬體內存在壹種α-1，3半乳糖基轉移酶。這個基因的敲除是美國的兩個團隊完成的，都是以華人為骨幹完成的。壹個是萊梁雪教授；另壹個是戴壹凡教授，他當時在Revivicor公司工作，也就是馬裏蘭醫院為這次手術提供豬的公司。
國內還有國際胰島移植和異種移植專家鄧教授；武漢同濟醫院陳剛教授在加拿大留學時，在從豬到狒狒的異種移植實驗中有了重大發現。中國的不足是科研投入和開展臨床前試驗的專家與美國還有差距。
美國主要有兩家公司。這次和馬裏蘭大學合作的Revivicor也是世界上最大的克隆豬公司。這家公司率先敲除了α-1，3半乳糖基轉移酶。從2002年開始，他們在過去的十年裏為美國各醫學院提供豬器官移植的供體豬。
另壹家美國公司EGenesis由哈佛大學的喬治·丘奇教授和楊鹿晗博士共同創立，喬治·丘奇教授是基因編輯技術的國際專家。EGenesis計劃在2022年底宣布腎臟和胰島移植的臨床試驗。
方正樸:中科奧格現在還有哪些業務？
潘登科:除了異種移植，還有生物材料。現在社會上有牛和豬的心臟瓣膜。基因去除後，生物材料變得低免疫原性，非常接近人體免疫力。這是壹種非常好的生物材料。也可以從豬皮中提取膠原蛋白作為化妝品註射的填充劑。
之前有說豬的器官和人的器官很像，那麽能不能做壹些疾病模型？最近有大學聯系我們，想做壹個多囊腎的模型。這個病是遺傳的，沒有特效藥，所以我們用轉基因技術做了這個模型。還有心臟病的模型，可以用來研究疾病和基因治療。
還可以嘗試在豬身上做細胞治療，把人的幹細胞放到免疫缺陷的豬身上，看治療的效果。免疫缺陷豬不排除人類幹細胞，然後在人類身上進行臨床試驗。
方正樸:器官移植的未來？
潘:從審批的角度來說，比如按照藥物的壹期、二期、三期臨床，很多人會認為這個事情十年、十五年都實現不了，但是如果是新技術的話，可能就不會這樣了。
2015我和國際異種移植總裁溝通的時候，他認為異種移植也會走同樣的路。從50年代到80年代，同種異體移植用了30年。現在隨著免疫抑制劑的發展，異種移植已經有30年的歷史了。我相信最近幾年是異種移植進入臨床試驗的前夜。
美國之前的四個實驗都不能稱之為臨床試驗，都屬於臨床前試驗或者腦死亡患者的交感使用案例。預計臨床試驗的審批會在這兩年實現，很有可能在2023年。在中國，相信三年左右就會進行腦死亡等臨床實驗。現在超急性排斥已經解決了，還有免疫抑制劑的審批，倫理問題，政策問題，三到五年就能進入真正的臨床試驗階段。
異種移植不是取代同種移植，而是作為人體器官移植的補充，因為人與人之間必須有最小的差異。但是隨著人類的長壽，器官的來源越來越少，質量越來越差。豬的器官肯定是越來越好的，技術會不斷叠代。除了改造豬，未來還可以和幹細胞結合，在豬身上培養出人體器官，完全是人的細胞。
為什麽90年代首次提出異種移植？因為當時人工心臟等其他技術還不成熟，但現在我們認為異種移植仍然是目前最可行最快的壹種。當然也面臨著人工心臟和幹細胞胰島治療的挑戰，但對於心臟、腎臟這樣的大器官，20年內體外培養壹個器官可能希望不大。隨著技術的叠代，各種技術壹定會交叉，找到更好的發展。
方正樸:創業需要10-15年，妳是如何說服自己的？
潘:我以前是搞科研的，我覺得壹輩子做壹個產品不容易。本人做異種移植15年，發現需要公司化推進，但是在做的過程中發現還有技術之外的問題需要解決，不是那麽容易的。但是2015之後，我遇到的壹些專家給了我很大的信心。他們都相信5年後壹個移植會進入臨床實驗階段，現在已經在人體上試驗了。
另壹個是個人責任感。如果中國沒有人堅持做這樣的事情，直到近乎臨床，中國和國外的差距會越來越大。
既然做了這件事，就要對員工負責，對之前的堅持負責，對我大半輩子從事的事業負責。
關於“重建”
“重建”是極客公園的壹項活動，已經開展了八年。國內外很多頂尖企業都來到這個舞臺，相互交流，增進對科技行業趨勢的感知和理解。2021以來，Rebuild在不同領域都是以技術為核心驅動力的頭部企業，專註於技術創新和新技術變革；壹個以行業發展和行業趨勢為核心內容的雙月刊直播欄目方。每壹期我們都會邀請創新創業者和研究人員到我們的活動中來，吸引更多的人才和資本來關註和參與新興領域的創新技術。
科學器官移植和異種移植