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[ 玉溪网   发布时间:2018-04-20 07:37:09    进入社区    来源:中国青年报   点击: ]

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  ▎药明康德/报道

  2014年初,当Charles Konsitzke先生和Dhanu Shanmuganayagam教授第一次见面时,他们都没有意识到会发展出后面一系列的事情。那只是威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin-Madison)的一个活动。

  Konsitzke先生是威斯康星大学生物技术中心的管理员。Shanmuganayagam教授经营一家小型养猪厂,专门培育一种经过基因工程改造的小猪,携带人类遗传疾病的突变。科学家可以通过研究迷你猪,以更好地了解某些疾病。

  “我有一个项目给你,”Konsitzke先生说。

  Konsitzke先生的儿子Mason现在7岁,他出生时臀部有个褐色的小胎记。许多孩子都会有那么一两个,所以起初Konsitzke先生认为它们很可爱。但是谨慎的他还是做了一些研究,竟然发现这种斑点是一种不可治愈的遗传性疾病——神经纤维瘤病1型(NF-1)的常见症状。在Mason一岁生日那天,一位儿科医生证实了这个诊断。

  

  ▲Mason Konsitzke(图片来源:威斯康星大学麦迪逊分校)

  NF-1是一种复杂的疾病,伴随着许多可能的症状,斑点是其中最轻的一种。患者可能发展出学习障碍,Mason就是这样。其他人则会出现骨骼和心脏问题。最常见的情况是,患者的皮肤和神经会长出肿瘤。Mason的脸上已经长了一个。这些肿瘤通常是良性的,但即使如此,仍然可能导致毁容。Konsitzke先生说:“它会持续增长,如果空间不足,(肿瘤)会使他的脸部向外变形。

  Konsitzke先生不是科学家出身,但是他与科学界有着紧密的联系。Mason诊断出来后,他就开始搜寻关于NF-1的所有研究。他特别想知道瓶颈在哪里。如果只做一件事,能最有效地加速他儿子这种病的科学研究,这件事应该是什么?他最常听到的答案是:找到更好的动物进行试验。

  在研究某种疾病时,科学家通常会使用老鼠和斑马鱼这样的实验动物。使用这些所谓的模式生物,可以研究基因突变如何引发疾病,找到和测试可能的治疗方法。但一般的实验动物不适合研究NF-1。因为它们体型太小,致病突变在这些动物体内通常不会以同样的方式起作用。例如,小鼠研究表明,一种名为lovastatin的药物可能有助于解决NF-1导致的学习和注意力问题。但是在一项大型的临床试验中,当把这种药物实际用到儿童身上进行测试时,它一点用都没有。

  Konsitzke先生认识到,为了更好地理解NF-1,需要一种在体型和生物学上都接近人类的物种,而且培育和研究这种动物相对比较容易。最终答案就是——猪。威斯康星大学神经纤维瘤病诊所的Neha Patel医生说:“猪可以精确模拟人类。NF-1患者会有不同程度的认知缺陷,从严重的学习问题到微小的异常。如果用老鼠来研究,只能得到粗略的发现。但猪是智力动物。”

  这就是为什么在那次活动上的第一次碰面,Konsitzke先生就很兴奋能遇见Shanmuganayagam教授。这是一位同时具备猪养殖,工程化和科研背景的人。这就是他需要的为NF-1研究提供帮助的人!

  

  ▲Dhanu Shanmuganayagam教授(图片来源:威斯康星大学麦迪逊分校)

  Shanmuganayagam教授热衷于迎接新的挑战。“我知道很多种疾病,”他说:“但是当Chuck告诉我(关于NF-1)时,我不知道这是什么病。我不敢相信我不知道,因为它不是那么罕见。”的确,每2500个婴儿中至少有一名NF-1患者,比囊性纤维化等著名遗传病更常见。而这个数字可能还被低估了,因为很多情况下患者不会出现明显的症状。Patel医生说:“对疾病认识不足,会使孩子们得不到最好的照顾。”她经常会遇到一些父母,他们的孩子明显符合所有的临床标准,但是十多年来一直没有被诊断出来。

  疾病案例很少,部分原因是这种疾病的症状很特殊。Konsitzke先生说,NF-1患者往往“被密切保护”。“人们看不见他们,也听不到他们说话,所以这种疾病没有声音。” 2013年,Francis教皇拥抱的那个脸上布满了不断生长的肿瘤的人就患有NF-1。Konsitzke先生说:“我们的神经肿瘤医生告诉我们现在要给Mason拍照,准备好接受他的脸发生变化。”

  由于各种原因,NF-1在科学界也很低调。这是由一个名为神经纤维蛋白1(neurofibromin 1)基因突变引起的(简称NF1),它很大,高度可变,因此很难研究。Konsitzke先生说:“人们害怕研究该领域。这个基因有4,000多种变异,每一种变异都会轻微改变NF-1的症状。

  但是,猪可以帮忙。Konsitzke先生和Shanmuganayagam教授不只是计划开发能模拟NF-1症状的猪。他们想要使用称为CRISPR的革命性基因编辑技术来创建具有特定个体突变的猪。每个NF-1的患儿都会得到他们自己的个体化的小猪,小猪的NF1基因版本与患儿的一致。因为小猪比人类长得更快,所以它们可以替代患儿接受监控,预测病情会如何进展。

  猪也可以用来测试可能的治疗方案。目前,NF-1患者“把自己当成豚鼠在实验”,Konsitze先生说。“需要多年的测试,接受很多副作用才能找到有用的药物。我的儿子正在吃四种不同的药物。”拥有能够反映个体状况的迷你猪可以更快地找到最佳治疗药物。Konsitze先生认为,节省下来的钱可以弥补创造定制基因猪的成本。

  2014年,Shanmuganayagam教授和他的同事开始尝试制造基因编辑的猪。(另外有两家公司同时也在开发NF-1猪模型:位于明尼苏达州圣保罗的Recombinetics;位于爱荷华州的Exemplar Genetics)。

  因为Shanmuganayagam教授的背景是植物学,所以他的一位同事Jennifer Meudt博士领导了基因编辑的工作。

  最简单的方法是从屠宰场获得猪胚胎,在实验室培育,进行必要的基因编辑,然后将它们注射到母猪体内。但是威斯康星大学的养猪设施是无菌的,所以研究团队不能在这里将商业来源的胚胎移植到母猪身上。相反,他们必须人工授精母猪,收集胚胎,注射CRISPR成分,并把它们放回其他猪体内。

  

  ▲正在接受手术的猪(图片来源:威斯康星大学麦迪逊分校)

  猪的胚胎很难处理,因为它们不像其他许多动物的胚胎是半透明的。Meudt博士说:“它们看起来像黑色的小球,这使得它更难注入。还有物流的复杂性。”Meudt博士必须在距离猪场30分钟的房间内进行CRISPR注射,所以动物必须来回穿梭。从头到尾,制作一个胚胎的过程从早晨4点开始,到晚上10点左右结束。

  2016年11月,该研究小组于培育出第一只基因编辑的小猪,携带了一组在已发表的研究中报道的NF-1突变。从那以后,他们又培育了另外三只小猪,每只都携带不同的基因突变。所有这些突变是个人体化的——与某个NF-1患者的变异基因一致,但是是匿名的。

  下一步,研究人员希望培育出可公开的个体化小猪——该研究正在审批阶段。Shanmuganayagam教授说:“出于道德原因,我们还无法取得快速进展。例如,如果一只个体化小猪开始出现某种疾病症状,而它们对应的患儿却没有症状,那么应该如何将这些信息告诉他们的家人?患儿家庭是否应该知道哪只猪是他们的?“我们正试图解决这个问题,”Shanmuganayagam教授说:“我们可能会设盲,猪对应的患儿信息过了规定时间才能公开。”

  参考资料:

  [1] Turning Piglets Into PersonalizedAvatars for Sick Kids

  [2] University of Wisconsin

编辑:禹露
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