对于很多患者，器官移植是挽救生命的最后希望。然而，全球范围内的器官移植面临着严重的缺口。世界卫生组织估计，在需要进行器官移植的人群中，实际能得到器官的人不足10%。更多人直到生命尽头，也等不到合适的器官。

在解决器官移植问题的潜在方案中，异种器官移植似乎受到了更多关注。2022年，首例猪心脏移植人体的手术进行。接受一颗经过基因编辑的猪心脏移植后，患者在存活60天之后死亡。与此同时，猪肾脏移植试验也已在脑死亡人体中进行。这些突破展现出了异种器官移植的潜力，但猪器官在人体内的长期免疫排斥、病毒感染以及引起功能障碍等风险仍无法排除。

另一种极具潜力的解决思路可以说是反其道而行之，那就是器官异种再生——在动物身上“种植”出可供移植的人类器官。为此，科学家需要将人多能干细胞注入另一种哺乳动物的胚胎，通过这样的胚胎补偿技术，在哺乳动物体内培养出人类器官组织。

此前，科学家已经在小鼠与大鼠之间实现了胰腺、肾脏等器官的异种嵌合体培养。然而，要利用这项技术种植出人类器官，却面临着巨大的挑战。

由于生理、器官大小以及胚胎发育方面与人类的相似性，猪成为“种植”人类器官的热门目标。2017年的一项研究首次培养出人-猪嵌合体胚胎，并在猪体内发育了3~4周，但其嵌合效率很低。一大难点在于，要获得高度嵌合的胚胎，人源细胞必须要竞争过囊胚中的猪细胞；但在实际场景中，猪胚胎可以利用细胞竞争机制消灭外来的人类干细胞，因此难以在亲缘关系较远的物种中长出人类器官。

9月7日，一项发表于《细胞-干细胞》（Cell Stem Cell）的最新研究取得了重要突破！研究团队通过一系列创新手段解决了上述障碍，将人-猪嵌合体胚胎移植至母猪体内后，成功培养出人源中肾（肾脏发育的中间阶段）。28天后，这枚中肾具备正常的肾脏结构，肾小管等功能结构也顺利形成。这是科学家首次实现人源功能性实质器官的异种体内再生，为再生医学发展、肾脏发育研究开启了全新的道路。中国科学院广州生物医药与健康研究院赖良学研究员、戴祯研究员、Miguel A. Esteban研究员以及潘光锦研究员为论文共同通讯作者。

肾脏是人体发育最早的器官之一，也是医学领域移植需求最大的器官之一。在发育过程中，先后出现前肾、中肾和后肾三个阶段。随着中肾的退化，后肾起源于输尿管芽和后肾间充质。

此前对不同哺乳动物肾脏发育的研究，找到了两个在上述肾脏发育过程中起到关键作用的基因：SIX1调节中肾小管的形成，以及后肾发生过程中的输尿管芽分支；SALL1在后肾间充质中维持肾单元祖细胞和新生肾单元。

因此，如果通过基因工程敲除这两个基因，SIX1/SALL1缺失的猪胚胎将产生肾脏的生态位空缺，表现为中肾发育缺陷、后肾缺失。在这样的环境中，外来的人多能干细胞就避免了与猪细胞的竞争。

仅仅改造猪胚胎还不够，研究团队还对人多能干细胞进行了改造。通过过表达促生存基因MYCN和BCL2，可以暂时关闭细胞凋亡程序，让它们不易自毁，从而极大地增强了人多能干细胞的竞争能力。此外，研究团队还开发了一种新型培养基，使得人多能干细胞可以回到更早期的发育阶段，显著提升了跨物种嵌合的效率。在将嵌合胚胎移植进母猪体内前，研究人员在最佳条件下培养嵌合体，为其中的人、猪细胞提供各自需要的营养和信号分子。