突破器官移植困境！中国台湾团队用基因编辑技术成功培育外源肾脏

近日，一项发表在国际知名期刊《Scientific Reports》的研究引发广泛关注。由中国台湾中兴大学、中国医药大学等机构组成的科研团队，通过 CRISPR/Cas9 基因编辑技术结合囊胚互补技术，成功在小鼠体内培育出带有绿色荧光标记的外源肾脏，为解决全球器官移植供体短缺问题提供了新方向。

DOI: 10.1038/s41598-025-22373-9

全球范围内，器官移植供体短缺一直是医疗领域的重大难题。传统体外培养器官的方式，因血管和神经发育异常，常导致培育出的器官功能不全。

此前虽有科研团队尝试通过囊胚互补技术培育胰腺、肺等器官，但培育出的肾脏始终无法挽救宿主生命。此次台湾科研团队另辟蹊径，选择 Osr1 基因作为突破口，这一基因是肾脏发育的 “关键开关”，不仅调控肾脏早期导管伸长，还影响生殖系统发育，在肾脏形成过程中发挥着上游调控作用。

为实现肾脏的精准培育，团队设计了两步核心方案。第一步是利用 CRISPR/Cas9 技术敲除小鼠受精卵中的 Osr1 基因：科研人员针对 Osr1 基因的第 2 号外显子（该基因的首个编码外显子）设计了特异性向导 RNA（sgRNA），将 Cas9 蛋白与 sgRNA 形成的核糖核蛋白复合物（RNP）显微注射到小鼠受精卵原核中。

实验发现，注射 2 种 sgRNA 时，34% 的胚胎实现 Osr1 基因双等位基因敲除，这些基因敲除胚胎因中肾管无法发育全部死亡；而增加至 3 种 sgRNA 后，基因敲除效率显著提升，部分胚胎甚至能观察到带有绿色荧光标记的中肾管发育迹象。

第二步则是通过囊胚互补技术 “填补” 基因敲除留下的 “器官空位”。团队将带有增强型绿色荧光蛋白（EGFP）标记的野生型小鼠胚胎干细胞（ES 细胞），注入 Osr1 基因敲除的囊胚中。这些荧光标记的干细胞如同 “建筑工人”，在小鼠胚胎内精准分化，逐步形成肾脏组织。研究人员通过胚胎移植技术，将处理后的囊胚植入代孕母鼠子宫，密切追踪胚胎发育过程。

本研究的示意图及其胚胎发育阶段如图所示。将sgRNA构建体注射到原核期小鼠胚胎中，随后进行多种互补效率测试。(1) 收集囊胚和ES细胞进行基因分型，以确定基因敲除效率。(2) 将注射后的胚胎移植到假孕代孕母鼠体内，并在E12.5-13.5.5阶段收集胚胎进行基因分型，以确认肾脏互补的适用性。(3) 将注射了sgRNA的胚胎与EGFP + ES细胞进一步移植，以构建外源性肾脏。

在胚胎发育观察中，团队发现了一系列关键现象。在胚胎发育至第 12.5 天（E12.5）时，部分胚胎的后肾管中出现明显的绿色荧光信号，表明外源干细胞成功参与肾脏构建；但到了第 13.5 天至 15.5 天（E13.5-E15.5），多数胚胎出现退化现象，264 个移植胚胎中仅 4 个成功存活至出生，存活率约 1.5%。令人振奋的是，存活的幼鼠体内，肾脏和心脏部位均检测到强烈的绿色荧光信号，通过组织切片观察确认，这些荧光信号来源于注入的外源胚胎干细胞，证明外源肾脏已成功发育并整合到小鼠体内。

不过，研究也面临着亟待解决的挑战。尽管外源肾脏成功培育，但存活的幼鼠最长仅存活 2 天，无法成长至成年。团队分析认为，这可能与 Osr1 基因的多重功能有关，除调控肾脏发育外，该基因还影响心脏房间隔形成，基因敲除可能导致心脏发育异常，进而引发幼鼠早亡。

此外，胚胎退化率高、外源细胞在肾脏中的嵌合比例不稳定等问题，也需要进一步优化技术方案。

为提升技术实用性，团队还对比了不同基因编辑策略的优劣。此前类似研究多采用体细胞核移植（SCNT）或杂合子交配方式获取基因敲除囊胚，但前者存在成本高、胚胎质量差、需长期专业培训等问题，后者基因敲除效率仅 25%。

而此次采用的 CRISPR/Cas9 原核注射法，基因敲除效率达 33.6%，且无需复杂的核移植操作，大幅降低了技术门槛和实验成本。研究人员表示，未来可通过优化显微注射流程（如双原核注射）、定量控制注射剂量等方式，进一步提升基因编辑效率，同时探索条件性基因敲除技术，减少 Osr1 基因敲除对心脏等其他器官的影响。

这项研究的意义不仅在于成功培育外源肾脏，更为跨物种器官培育奠定了基础。当前，猪器官移植虽已进入临床试验阶段，但仍面临免疫排斥、基因编辑复杂等问题。而囊胚互补技术培育的器官，理论上具有更好的免疫相容性。研究团队指出，未来若能将该技术与基因修饰猪结合，有望培育出适合人类移植的肾脏，从根本上解决器官供体短缺问题。

虽然目前小鼠外源肾脏还无法长期存活，但这是器官培育领域的重要一步。该已证实 Osr1 基因调控肾脏发育的可行性，下一步将重点优化胚胎存活环境，探索外源肾脏的功能完整性。

随着基因编辑技术的不断成熟，外源器官培育正从实验室逐步走向临床。此次中国台湾科研团队的研究，不仅为肾脏移植提供了新策略，更为其他器官的体外培育提供了可借鉴的技术框架，有望在未来改变全球数百万等待器官移植患者的命运。

信息来源/Scientific Reports

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