Международен екип от учени, ръководен от испанеца Хуан Балмонте, известен с работата си в областта на стволовите клетки, успя да създаде ембриони от човешки и свински химери, които в бъдеще може да се превърнат в източник на донорски органи. Друг екип от изследователи излекува вродената глухота при мишки с помощта на вируси. говори за успехите на генното инженерство, свързани с медицината.

Създаването на генетично модифицирани организми не е единственото нещо, с което генното инженерство може да зарадва човечеството. Биотехнологията дава възможност не само за промяна на гените за подобряване на селскостопанските растения и животни, но и за лечение на нелечими досега болести. По ирония на съдбата за това учените използват вечните врагове на човека - вирусите. Последните се използват за създаване на вектори, които доставят ДНК до желаните клетки. Друга посока, която може да изплаши хората, които не са твърде запознати с науката, е създаването на ембриони от химери, които съчетават човешки клетки и други организми. Но това, което на пръв поглед изглежда зловещо, всъщност се оказва удобен начин за създаване на органи.

Бъбреци или бели дробове, получени чрез отглеждане на химерни ембриони, ще бъдат подходящи за трансплантация на хора в нужда. Тези, които се страхуват от въстание на мутанти, трябва да мислят, че реалните ползи от тази технология надделяват над смътните страхове на песимистите на научната фантастика.

Изображение: Nakauchi et al. / Университетът в Токио

За да разсеете страховете, трябва да разберете какво и как правят учените, които създават химери. Основният материал, с който работят изследователите, са стволови клетки, които имат плурипотентност - способността да се превръщат в други телесни клетки (нервни, мастни, мускулни и т.н.) с изключение на плацентата и жълтъчната торбичка. Те се въвеждат в ембрионите на други организми, след което ембрионът се развива допълнително.

пигмените

Така международен екип от учени от САЩ, Испания и Япония успява да създаде химерите човек прасе, мишка плъх и човек крава. Те съобщават за това в статия, публикувана в списание Cell, което е първият документ, потвърждаващ успешната "химеризация" на далечно свързани видове.

Основният проблем е, че не е достатъчно да се въведат плурипотентни клетки в ембриона и да се изчака да излезе нещо добро. Вместо това може да се получи организъм с катастрофални нарушения в развитието, включително образуване на тератоми. Необходимо е да се изключат гените в ембрионите реципиенти, за да не могат да образуват специфични тъкани. В този случай имплантираните стволови клетки поемат задачата да отглеждат липсващия орган.

Първо, учените инжектират стволови клетки от плъх в миши ембриони на етап бластоциста, когато плодът е топка от няколко десетки клетки. Този метод се нарича комплементация на ембриона. Целта на експеримента е да се установи кои фактори играят водеща роля в междувидовия химеризъм. Ембрионите били пренесени в тялото на женски мишки, след което се развили в живи химери, една от които оцеляла до двегодишна възраст.

Гените в ембрионите бяха изключени с помощта на технологията CRISPR/Cas9, която въвежда прекъсвания в специфични области на ДНК. Например, когато тестваха подхода си, изследователите блокираха активността на ген, който играе важна роля в образуването на панкреаса. В резултат на това родените мишки умират, но когато плурипотентните клетки на плъх са въведени в ембрионите, липсващият орган се развива. Учените изключиха и гена Nkx2.5, без който ембрионите страдаха от сериозни малформации на сърцето и се оказаха недоразвити. Химеризацията помогна на ембрионите да постигнат нормален растеж, но не беше възможно да се получат живи химери.

Снимка: Хуан Карлос Изписуа Белмонте / Институт за биологични изследвания на Солк

Изследването на получените мишки от плъх показа, че различните миши тъкани съдържат различни пропорции на клетки от плъх. Когато учените се опитали да въведат клетки от плъх в бластоцисти на прасета и след това генетично анализирали четириседмични ембриони, те не открили ДНК на гризачи. Това предполага, че не всички животни са подходящи за химеризация едно с друго и успешното инокулиране на стволови клетки от един ембрион на друг може да зависи от генетични, морфологични или анатомични фактори.

Основната цел на учените беше да създадат химера на човек и прасе, за да проследят как ще се развият човешките тъкани в ембриона на непреживен артиодактил. Те използваха свински бластоцисти и с помощта на лазерен лъч направиха микроскопични дупки за последващо инжектиране на различни групи плурипотентни клетки, отглеждани при различни условия. След това ембрионите бяха трансплантирани в свине майки, където успешно се развиха. Проследяването на динамиката на човешкия материал се извършва с помощта на флуоресцентен протеин, чието производство е програмирано от човешки стволови клетки.

В резултат на това в свинския ембрион се образуват клетки, които са предшественици на различни видове тъкани, включително сърцето, черния дроб и нервната система. Хибридите прасе-човек бяха оставени да се развиват в продължение на три до четири седмици, преди да бъдат унищожени по етични причини.

глухи мишки

Американски учени от Бостън наскоро успяха да възстановят слуха на мишки, страдащи от рядко генетично заболяване на вътрешното ухо. За да направят това, те са използвали биологична система за доставяне на ген (вектор), базирана на неутрализирани вируси. Изследователите са модифицирали адено-асоцииран вирус, който заразява хората, но не причинява заболяване.

Инфекциозният агент е в състояние да проникне в космените клетки - рецептори на слуховата система и вестибуларния апарат при животните. Биотехнолозите са използвали вектора за възстановяване на дефектния ген Ush1c в клетки от новородени живи мишки. Тази мутация причинява глухота, слепота и нарушения на равновесието. В резултат на това животните подобриха слуха си, което им позволи да различават дори тихи звуци.

Следователно генното инженерство не е начин за създаване на мутанти, които заплашват човечеството. Това е непрекъснато подобряващ се набор от методи и инструменти за подобряване на живота и здравето на хората, особено тези, които имат остра нужда от това. Тъй като създаването на химери и генната терапия не са толкова лесни за изпълнение и понякога изискват гениални решения, развитието на биотехнологиите не върви толкова бързо, колкото бихме искали. Въпреки това всяка година излизат десетки научни статии, които задълбочават и обогатяват нашите знания и умения.

Напълно възможно е да се стигне до такова заключение след успешен смел експеримент, който експертите проведоха в Китай. Основната му цел е да тества възможностите на растящите органи за трансплантация на хора.

Китайски учени кръстосаха прасе с примати. Така те всъщност успяха в това, което преди се смяташе за невероятно. Следователно не е напълно изключено, че в древни времена химери наистина са съществували.

Група специалисти успяха да кръстосват клетки на прасе и примати. По последна получена информация две прасенца са успели да се родят живи. Смъртта им обаче след това дойде само за една седмица.

Основното в този експеримент е, че химери с пълен срок никога не са се раждали в историята. Това може да бъде значителна стъпка в осигуряването на човечеството на органи за необходимите трансплантации.

Въпреки това, съдейки по всичко, постигането на тази цел е все още много дълго време.

Китайски учени първо се заеха да модифицират клетките на маймуните, за да произвеждат специфичен флуоресцентен протеин. Това позволи на специалистите да проследят генетичните клетки на своето потомство.

След това те се обърнаха към извличане на ембрионални стволови клетки от модифицирани. Това беше направено, за да бъдат въведени в свински ембриони пет дни след оплождането.

Съобщава се, че общо на свинете майки са били инжектирани повече от четири хиляди ембриони, получени по този начин.

В резултат на това женските прасета произвеждат десет прасенца. Двама от тях имаха и двата типа клетки. Всъщност те бяха истински химери.

В резултат на това изследователите отбелязват, че в родените химери част от тъканите, включително тъканите на сърцето, черния дроб, далака, белите дробове и кожата, се състоят от клетки на маймуни. Съотношението им обаче беше доста ниско.

Освен това китайската наука все още не може да даде отговор каква всъщност е била причината за неочакваната смърт на новородени и напълно зрели прасенца.

Но също така се отбелязва, че в същото време са загинали и други прасенца, родени по време на експеримента, които не са били химери. Учените са склонни да приемат, че причината за това се крие в специалните процеси, свързани с IVF.

Отдавна е известно, че този метод при животните не действа толкова добре, колкото при хората. Въпреки това, експертите ще продължат смелия си експеримент.

При това те предлагат да се използват много по-голям брой маймунски клетки. Следващият опит ще има за цел създаването на напълно здрави и жизнеспособни животни.

Основната задача е един от техните органи да бъде изцяло съставен от клетки на примати. Тогава това ще бъде истински пробив във възможностите за трансплантация.

Ембрионът е хибрид на човек и прасе. Биолози от САЩ, Япония и Испания инжектират човешки стволови клетки в свинско яйце. Учените са нарекли ембриона, израснал в утробата на животно, химера – в чест на същество от древната митология. В бъдеще тези изследвания ще позволят на учените да отглеждат органи за трансплантация и да изучават естеството на генетичните заболявания. За да продължат изследванията, учените трябва не само да докажат ефективността на експериментите, но и тяхната етика.

Каква е същността на експеримента

Група американски учени от Института за биологични изследвания на Солк в Калифорния инжектираха човешки стволови клетки в ембрион на прасе в ранен стадий и го поставиха в утробата на животното. Месец по-късно стволовите клетки се развиха в ембриони с рудиментите на човешките тъкани: сърцето, черния дроб и невроните.

От 2075 трансплантирани ембриони 186 се развиха до 28-дневен стадий. Получените ембриони са „изключително нестабилни“, признават учените, но засега това е най-успешният човешки хибрид. Учените пишат, че получената химера е най-важната стъпка към създаването на животински ембриони с функциониращи човешки органи.

Източник: Cell Press

Крайната цел е да се отглеждат функционални и готови за трансплантация органи, експериментите са първата стъпка към това, пише WP, цитирайки учени от Калифорния.

Резултатите от подобно проучване са докладвани в първия брой на списание Nature през 2017 г. Според изданието екип от учени от Япония и Съединените щати успява да отгледа миши панкреас в плъх и след това да трансплантира произвеждащия инсулин орган на диабетни мишки, което не е причинило имунно отхвърляне. Това беше първото потвърждение, че е възможна междувидова трансплантация на органи, пише Nature.

Защо е необходимо

Основната цел на учените е култивирането на човешки органи с помощта на ембриони на големи животни. Според Министерството на здравеопазването на САЩ 22 души умират всеки ден, докато чакат органи за трансплантация. Учените отдавна се опитват да отглеждат изкуствени тъкани извън човешкото тяло, но органите, които се развиват в паничка на Петри (т.нар. контейнер за отглеждане на микроорганизми), са много различни от тези, отглеждани в жив организъм.

Технологията за отглеждане на изкуствени органи вероятно ще бъде подобна на експеримента с мишки и плъхове, пише The Washington Post. Плъховете, които бяха трансплантирани с нови клетки като част от изследванията, описани в Nature, бяха генетично модифицирани. Те не можеха да отглеждат собствен панкреас, така че стволовите клетки „запълниха празното пространство“. Част от жлезите, които се появиха при плъхове, бяха трансплантирани на болни мишки. След операцията мишките живяха със здрави нива на глюкоза в продължение на една година - половин живот в човешки мащаб, пише WP.

Проучването доказа, че междувидовата трансплантация е не само възможна, но и ефективна, коментира резултатите от старши автор на изследването Хиромицу Накаучи от Станфордския университет. Учените по същия начин успяха да "отглеждат" сърцето и очите.

Какви трудности

Учени от Калифорния постигнаха първите резултати четири години след началото на изследванията. Според тях прасетата са идеални животни за експеримента. Органите им са с приблизително еднакъв размер, но растат много по-бързо от хората. При по-нататъшни проучвания факторът време трябва да стане основен, признават изследователите.

„Засега броят на човешките клетки в получения ембрион е много малък и целият процес протича в ранен ембрионален стадий, така че е твърде рано да се говори за създаване на пълноценна химера“, коментираха резултатите от колегите на Накаучи. . В получените ембриони имаше само една човешка клетка на 100 000 свински клетки (ефективност 0,00001%). „Достатъчно е да се постигне ефективност от 0,1% до 1% от клетките“, обясни пред BBC един от авторите на калифорнийското изследване.

След четири седмици на разработка, учени от Института Солк, по етични причини, унищожиха получените ембриони, за да предотвратят пълното развитие на химерата. „Просто искахме да отговорим на въпроса дали човешките клетки изобщо могат да се адаптират“, обясни един от авторите.

Етични въпроси

През 2015 г. Националният институт по здравеопазване на САЩ наложи мораториум върху финансирането на научни изследвания, които пресичат човешки и животински клетки. Тъй като стволовите клетки могат да се развият във всяка човешка тъкан, потенциално може да се създаде животно с човешки мозък, казват някои биоетици. Други посочват нарушаването на "символичната граница" между човек и животно, пише WP.

Калифорнийските учени смятат, че страховете около химерите звучат повече като митове, отколкото като контролирани експерименти, но признават, че възможността животно да се роди с човешки клетки е тревожна.

През август Националният институт по здравеопазване на САЩ разреши връщане към финансирането на изследванията на химера. Организацията предлага да позволи въвеждането на човешки стволови клетки в ембриони на ранен етап от развитието на големи животни, с изключение на други примати.

„Най-накрая успяхме да докажем, че този подход към създаването на органи е възможен и безопасен. Надявам се хората да разберат това. Мнозина смятат, че това е от раздела за научна фантастика, но сега става реалност “, коментира Накаучи възможното вдигане на забраната.

Даниил Сотников

Снимка за преглед: кадър от филма "Химера"

Заглавна снимка: WikiCommons

На 4 август 2016 г. Националните здравни институти на САЩ (NIH) заявиха, че ще вдигнат мораториума върху химерите. Говорим за етично противоречиви експерименти, при които човешки стволови клетки се инжектират в животински ембриони – в резултат се образуват организми, които съчетават животински и човешки черти. Учените ги наричат ​​химери.

В древна Гърция митологичните чудовища с глава и шия на лъв, тяло на коза и опашка на змия се наричали химери. Същите химери са организми с генетично хетерогенен материал. Те биха могли да служат като удобни биологични модели за изучаване на различни заболявания, като рак или невродегенеративни синдроми, и биха могли да станат източник на органи за трансплантация. Когато обаче експерименталната биология се доближи до научната фантастика, обществеността се опасява, че това може да доведе до непредвидени последици.

При създаването на химери се използват стволови клетки със свойството на плурипотентност. С други думи, те са в състояние да се превърнат във всички клетки на човешкия ембрион. Клетките се въвеждат в тъканите на ембриона на моделни организми (мишки, плъхове, маймуни, прасета и други животни) в много ранни етапи, след което ембрионът се оставя да се развива по-нататък. През септември 2015 г. NIH изрази загриженост, че ако стволови клетки се инжектират в мозъците на мишки, резултатът може да бъде гризачи с променени когнитивни способности - тоест животни със "супер интелигентност". Ето защо NIH, който отпуска безвъзмездни средства за биомедицински изследвания, реши да задържи финансирането за експерименти с химера, докато техните експерти не проучат етичния въпрос.

Въпреки това някои изследователски групи в САЩ вече бяха заети със създаването на химери. MIT Technology Review съобщава, че през 2015 г. са направени около 20 опита за производство на химери от човек прасе и овца. За съжаление досега няма публикувана научна работа и няма съобщения за успешно производство на животни с човешки тъкани.

Експериментите с химерни организми съчетават както генното инженерство, така и биологията на стволовите клетки. Не е достатъчно просто да се въведат плурипотентни клетки в животински ембрион, тъй като в този случай може да се получи организъм с катастрофални нарушения в развитието. Учените рутинно "изключват" гените в плода, така че те да не могат да образуват специфични тъкани. В този случай стволовите клетки поемат задачата да образуват липсващия орган, който не се различава от човешкия, което го прави подходящ за трансплантация.

Според кардиолога Даниел Гари, първите тестове на този метод са проведени в неговата лаборатория. Изследователите са проектирали прасета, на които липсват някои от скелетните мускули и кръвоносните съдове. Такива животни не биха били жизнеспособни, но учените добавили към ембрионите стволови клетки от друг свински ембрион. Американските военни бяха толкова впечатлени от резултатите, че отпуснаха на Гари грант от 1,4 милиона долара за отглеждане на човешки сърца от прасета. Ученият щеше да продължи изследванията си въпреки мораториума на NIH и беше един от 11-те автори, които публикуваха писмо, критикуващо решението на биомедицинския център.

Учените казаха, че мораториумът на NIH представлява заплаха за развитието на биологията на стволовите клетки, биологията на развитието и регенеративната медицина и изразиха съмнения, че е възможно да се получи „хуманизирано“ животно с висок интелект с помощта на стволови клетки. По-специално, те посочиха, че експериментите в областта на ксенотрансплантацията, при които човешки нервни клетки се въвеждат в мозъците на мишките, не са довели до появата на твърде умни гризачи.

Изображение: Nakauchi et al. / Университетът в Токио

Като предпазна мярка някои изследователи на химери не позволяват на техните творения да се раждат. Ембриолозите изследват фетусите, за да научат колко човешки стволови клетки допринасят за развитието на плода. Въпреки това, въпреки факта, че отделните лаборатории играят на сигурно, химерни животни вече съществуват - например мишки, надарени с човешка имунна система. Такива животни се създават чрез въвеждането на клетки от черния дроб и тимуса от абортирани човешки фетуси в тялото на вече родени гризачи.

Най-голям интерес за учените представлява създаването на химери в стадия на бластоциста, когато плодът е топка, състояща се от няколко десетки клетки. Този метод се нарича комплементация на ембриона. През 2010 г. изследователи в Япония успяха да създадат мишки, чийто панкреас е направен изцяло от клетки на плъх. Хиромицу Накаучи, водещ автор на работата, по-късно решава да създаде "човек-свиня", за което трябва да се премести в Съединените щати, тъй като научните комитети в Япония не одобряват подобни експерименти. Сега ученият работи в Станфордския университет с грант от Калифорнийския институт по регенеративна медицина. Повечето от плурипотентните клетки, инжектирани в ембрионите в неговата лаборатория, са направени от собствената му кръв, казва той, тъй като бюрократичните бариери пречат на набирането на доброволци отвън.

Повечето хора, когато чуят думата "химера", си представят чудовища, създадени от луди учени. Учените трябва да докажат, че човешките клетки наистина могат да се размножават и да образуват пълни и здрави органи при животните. Мишките и плъховете са доста близки генетично, така че създаването на химери в този случай не е проблем. В случая на хора и прасета, чийто общ прародител е живял преди 90 милиона години, нещата може да са различни.

Учените вече тестват допълването на свински ембрион с човешки стволови клетки, но изследванията започнаха едва след одобрението на три комисии по биоетика. Станфордският университет, където се провежда изследването, е ограничил времето за развитие на ембрионите до 28 дни (прасетата се раждат на 114-ия ден). Въпреки това плодът ще бъде достатъчно развит, за да може да се определи колко правилно са образувани зачатъците на органите.

Миналата седмица NIH предложи замяна на мораториума с допълнителен преглед от комисия от етици и експерти по хуманно отношение към животните. Те ще вземат предвид фактори като вида на човешките клетки, където са поставени в ембриона, и възможните промени в поведението и външния вид на животното. Констатациите на експертите ще помогнат на NIH да реши дали да финансира разглеждания проект или не.