Medzinárodnej skupine vedcov pod vedením Španiela Juana Balmonteho, známeho prácou v oblasti kmeňových buniek, sa podarilo vytvoriť embryá ľudských a ošípaných chimér, ktoré sa v budúcnosti môžu stať zdrojom darcovských orgánov. Ďalší tím vedcov použil vírusy na liečbu vrodenej hluchoty u myší. hovorí o úspechu genetického inžinierstva súvisiaceho s medicínou.

Vytvorenie geneticky modifikovaných organizmov nie je jediným spôsobom, akým môže genetické inžinierstvo potešiť ľudstvo. Biotechnológia umožňuje nielen zmenu génov na zlepšenie poľnohospodárskych rastlín a zvierat, ale aj liečbu predtým nevyliečiteľných chorôb. Je iróniou, že vedci na to používajú večných nepriateľov človeka - vírusy. Tieto sa používajú na vytvorenie vektorov, ktoré dodávajú DNA do požadovaných buniek. Ďalším smerom, ktorý môže vydesiť ľudí, ktorí nie sú príliš znalí vedy, je vytváranie embryí chiméry, ktoré kombinujú bunky ľudí a iných organizmov. To, čo sa na prvý pohľad zdá byť zlovestné, sa v skutočnosti ukáže ako pohodlný spôsob vytvárania orgánov.

Obličky alebo pľúca, ktoré boli získané pestovaním chimérických embryí, budú vhodné na transplantáciu ľuďom v núdzi. Tí, ktorí sa obávajú povstania mutantov, by si mali myslieť, že skutočné výhody tejto technológie prevažujú nad vágnymi strachmi z pesimistických spisovateľov sci -fi.

Obrázok: Nakauchi a kol. / Tokijská univerzita

Aby ste rozptýlili obavy, musíte pochopiť, čo a ako sa darí vedcom, ktorí vytvárajú chiméry. Hlavným materiálom, s ktorým vedci pracujú, sú kmeňové bunky, ktoré majú pluripotenciu - schopnosť transformovať sa na iné bunky v tele (nervové, tukové, svalové a podobne) s výnimkou placenty a žĺtkového vaku. Vnesú sa do embryí iných organizmov, po ktorých sa embryo ďalej vyvíja.

Prasiatka

Takto sa medzinárodnému tímu vedcov z USA, Španielska a Japonska podarilo vytvoriť chiméry prasa-človek, potkan-myš a kravský muž. Informovali o tom v článku publikovanom v časopise Cell, ktorý sa stal prvým dokumentom na podporu úspešnej „chimerizácie“ príbuzných druhov.

Hlavným problémom je, že nestačí zaviesť do embrya pluripotentné bunky a čakať, kým vyjde niečo dobré. Namiesto toho to môže skončiť s organizmom s katastrofálnymi vývojovými poruchami vrátane tvorby teratómov. V embryách príjemcov je potrebné vypnúť gény, aby nemohli vytvárať špecifické tkanivá. V tomto prípade implantované kmeňové bunky preberajú úlohu pestovania chýbajúceho orgánu.

Vedci najskôr vstrekli potkanie kmeňové bunky do myších embryí v štádiu blastocysty, keď je plod guľôčkou niekoľkých desiatok buniek. Táto metóda sa nazýva komplementácia embryí. Cieľom experimentu bolo zistiť, ktoré faktory zohrávajú vedúcu úlohu v medzidruhovom chimerizme. Embryá boli prenesené do tela samičiek myší, potom sa z nich vyvinuli živé chiméry, z ktorých jedna prežila do dvoch rokov.

Gény v embryách boli vypnuté pomocou technológie CRISPR / Cas9, ktorá robí prerušenia v špecifických oblastiach DNA. Vedci napríklad pri testovaní svojho prístupu zablokovali aktivitu génu, ktorý hrá dôležitú úlohu pri tvorbe pankreasu. Myši, ktoré sa narodili, v dôsledku toho zomreli, keď sa však do embryí zaviedli pluripotentné bunky potkanov, vyvinul sa chýbajúci orgán. Vedci tiež vypli gén Nkx2,5, bez ktorého embryá trpeli vážnymi srdcovými chybami a ukázali sa, že sú nedostatočne vyvinuté. Chimerizácia pomohla embryám dosiahnuť normálny rast, nezískali sa však žiadne živé chiméry.

Foto: Juan Carlos Izpisua Belmonte / Salk Institute for Biological Studies

Štúdia výsledných potkaních myší ukázala, že rôzne tkanivá myší obsahovali odlišný podiel buniek potkanov. Keď sa vedci pokúsili vstreknúť bunky potkanov do blastocyst ošípaných a potom vykonali genetickú analýzu štvortýždňových embryí, nenašli žiadnu DNA hlodavcov. To naznačuje, že nie všetky zvieratá sú navzájom vhodné na chimerizáciu a úspešné očkovanie kmeňových buniek z niektorých embryí na iné môže závisieť od genetických, morfologických alebo anatomických faktorov.

Hlavným cieľom vedcov bolo vytvoriť chiméru muža a ošípanej, aby bolo možné sledovať, ako sa ľudské tkanivá vyvinú v embryu neprežúvavého kopytníka. Použili ošípané blastocysty a pomocou laserového lúča vytvorili mikroskopické otvory na následnú injekciu rôznych skupín pluripotentných buniek, ktoré sa pestovali za rôznych podmienok. Potom boli embryá prenesené na prasnice, kde sa úspešne vyvinuli. Sledovanie dynamiky ľudského materiálu sa uskutočňovalo pomocou fluorescenčného proteínu, na výrobu ktorého boli naprogramované ľudské kmeňové bunky.

V dôsledku toho sa v embryách ošípaných vytvorili bunky, ktoré sú prekurzormi rôznych typov tkanív, vrátane srdca, pečene a nervového systému. Hybridy ošípaných a ľudí sa nechali vyvíjať tri až štyri týždne, potom boli z etických dôvodov zničené.

Hluché myši

Americkým vedcom z Bostonu sa nedávno podarilo obnoviť sluch myšiam trpiacim vzácnou genetickou poruchou funkcie vnútorného ucha. Na tento účel použili biologický systém dodávania génov (vektor) založený na neutralizovaných vírusoch. Vedci upravili adeno-spojený vírus, ktorý infikuje ľudí, ale nespôsobuje choroby.

Infekčný agens je schopný preniknúť do vláskových buniek - receptorov sluchového systému a vestibulárneho aparátu u zvierat. Biotechnológovia použili vektor na opravu defektného génu Ush1c v bunkách novonarodených živých myší. Táto mutácia spôsobuje hluchotu, slepotu a nerovnováhu. Výsledkom bolo, že sa zvieratám zlepšil sluch, čo im umožnilo rozlíšiť aj tiché zvuky.

Genetické inžinierstvo preto nie je spôsob, ako vytvárať mutanty, ktoré ohrozujú ľudstvo. Ide o neustále sa zlepšujúci súbor metód a prostriedkov na zlepšenie života a zdravia ľudí, najmä tých, ktorí to veľmi potrebujú. Keďže vytváranie chimér a génovej terapie nie je také ľahké realizovať a niekedy vyžadujú geniálne riešenia, vývoj biotechnológie neprebieha tak rýchlo, ako by sme chceli. Ročne sú však vydané desiatky vedeckých prác, ktoré prehlbujú a obohacujú naše znalosti a schopnosti.

K tomuto záveru je celkom možné dospieť po úspešnom odvážnom experimente, ktorý odborníci vykonali v Číne. Jeho hlavným cieľom je otestovať možnosti rastúcich orgánov na ich transplantáciu ľuďom.

Čínski vedci skrížili prasa s primátmi. Takže sa im skutočne podarilo to, čo sa predtým považovalo za neuveriteľné. V dôsledku toho nie je úplne vylúčené, že chiméry skutočne existovali vo vzdialenej dobe.

Tímu špecialistov sa podarilo prekročiť bunky ošípaných a primátov. Podľa najnovších prijatých informácií sa dve prasiatka narodili živé. Ich smrť však nastala do jedného týždňa.

Hlavná vec v tomto experimente je, že nikdy v histórii sa nenarodili plnohodnotné chiméry. To by mohol byť významný krok k poskytnutiu orgánov ľudstvu pre potrebné transplantácie.

Zdá sa však, že k dosiahnutiu tohto cieľa je ešte ďaleko.

Čínski vedci najskôr začali s úpravou opičích buniek tak, aby produkovali špecifický fluorescenčný proteín. To umožnilo špecialistom vysledovať genetické bunky ich potomstva.

Potom sa pustili do extrakcie embryonálnych kmeňových buniek z modifikovaných. To sa uskutočnilo s cieľom zaviesť ich do embryí ošípaných päť dní po oplodnení.

Uvádza sa, že špecialisti prasniciam predstavili viac ako štyri tisíce takto získaných embryí.

V dôsledku toho samice ošípaných porodili desať prasiatok. Dvaja z nich mali oba typy buniek. V skutočnosti to boli najreálnejšie chiméry.

Výsledkom je, že vedci poznamenávajú, že v chimérach, ktoré sa narodili, časť tkanív, vrátane tkanív srdca, pečene, sleziny, pľúc a kože, pozostávala z opičích buniek. Ich pomer bol však dosť nízky.

Čínska veda je tiež stále v rozpakoch, aby dala odpoveď na to, čo bolo vlastne príčinou neočakávanej smrti novorodencov a plne vyzretých ošípaných.

Poznamenáva sa však tiež, že súčasne uhynuli ďalšie prasiatka narodené počas experimentu, ktoré neboli chimérami. Vedci sa domnievajú, že dôvodom sú špeciálne procesy súvisiace s IVF.

Už dlho je známe, že táto metóda nefunguje tak dobre u zvierat, ako u ľudí. Napriek tomu budú odborníci vo svojom odvážnom experimente pokračovať.

Pritom navrhujú využiť oveľa väčší počet opičích buniek. Ďalší pokus bude mať za cieľ vytvorenie úplne zdravých a životaschopných zvierat.

Hlavnou úlohou je mať jeden z ich orgánov kompletne zložený z buniek primátov. Potom to bude skutočný prelom v možnostiach transplantácie.

Embryo je hybridom človeka a ošípanej. Biológovia z USA, Japonska a Španielska vpichli ľudské kmeňové bunky do prasačieho vajíčka. Vedci nazvali embryo vypestované v lone zvieracej chiméry - na počesť tvora zo starovekej mytológie. V budúcnosti tieto štúdie umožnia vedcom pestovať orgány na transplantáciu a študovať povahu genetických chorôb. Aby mohol výskum napredovať, musia vedci preukázať nielen účinnosť experimentov, ale aj ich etiku.

Čo je podstatou experimentu

Skupina amerických vedcov zo Salkovho inštitútu pre biologický výskum v Kalifornii vstrekovala ľudské kmeňové bunky do embrya ošípaných v ranom štádiu vývoja a umiestnila ho do lona zvieraťa. O mesiac neskôr sa kmeňové bunky vyvinuli na embryá so základmi ľudských tkanív: srdca, pečene a neurónov.

Z 2 075 transplantovaných embryí do 28-dňového štádia sa vyvinulo 186. Výsledné embryá boli „extrémne nestabilné,“ pripúšťajú vedci, ale zatiaľ ide o najúspešnejší ľudský hybrid. Vedci píšu, že výsledná chiméra je najdôležitejším krokom k vytvoreniu zvieracích embryí s fungujúcimi ľudskými orgánmi.

Zdroj: Cell Press

Konečným cieľom je pestovať funkčné a na transplantáciu pripravené orgány, vykonané experimenty sú prvým krokom k tomu, píše WP s odvolaním sa na vedcov z Kalifornie.

Výsledky podobnej štúdie sú uvedené v prvom čísle časopisu Nature na rok 2017. Ako vyplýva z publikácie, skupine vedcov z Japonska a USA sa podarilo vnútri potkana vypestovať myší pankreas a potom transplantovať orgán produkujúci inzulín diabetickým myšiam, čo nespôsobilo imunitné odmietnutie. Toto bolo prvé potvrdenie, že medzidruhová transplantácia orgánov je možná, píše Nature.

Prečo je to potrebné?

Hlavným cieľom vedcov je kultivácia ľudských orgánov pomocou embryí veľkých zvierat. Podľa amerického ministerstva zdravotníctva zomiera 22 ľudí každý deň pri čakaní na transplantáciu orgánov. Vedci sa už dlho pokúšajú pestovať umelé tkanivá mimo ľudského tela, ale orgány, ktoré sa vyvíjajú v Petriho miske (takzvaná nádoba na pestovanie mikroorganizmov), sa veľmi líšia od tých, ktoré sa pestujú vo vnútri živého organizmu.

Technológia pestovania umelých orgánov bude pravdepodobne podobná experimentu s myšami a potkanmi, píše The Washington Post. Potkany, ktorým boli implantované nové bunky ako súčasť výskumu opísaného v prírode, boli geneticky modifikované. Nedokázali si vypestovať vlastný pankreas, takže kmeňové bunky „vyplnili prázdny priestor“. Niektoré žľazy objavujúce sa u potkanov boli transplantované do chorých myší. Po chirurgickom zákroku žili myši so zdravými hladinami glukózy rok - polovicu ľudského života, píše WP.

Štúdia dokázala, že medzidruhová transplantácia je nielen možná, ale aj účinná, uviedol vedúci štúdie Hiromitsu Nakauchi zo Stanfordskej univerzity. Vedcom sa rovnakým spôsobom podarilo „vypestovať“ srdce a oči.

Aké sú ťažkosti

Vedci z Kalifornie dosiahli prvé výsledky štyri roky po začiatku výskumu. Ošípané sú podľa nich ideálnymi zvieratami na experimentovanie. Ich orgány sú zhruba rovnako veľké, ale rastú oveľa rýchlejšie ako ľudia. Vedci pripúšťajú, že faktor času by sa mal stať hlavným faktorom ďalšieho výskumu.

"Aj keď je počet ľudských buniek vo výslednom embryu veľmi malý a celý proces prebieha v ranom embryonálnom štádiu, je príliš skoro hovoriť o vytvorení plnohodnotnej chiméry," komentovali výsledok Nakauchiho kolegovia. Vo výsledných embryách bol iba jeden človek na 100 000 buniek ošípaných (účinnosť 0,00001%). „Stačí dosiahnuť účinnosť 0,1% až 1% buniek,“ vysvetlil pre BBC jeden z autorov kalifornskej štúdie.

Po štyroch týždňoch vývoja vedci zo Salkovho inštitútu výsledné embryá eticky zničili, aby zabránili úplnému vývoju chiméry. "Chceli sme len odpovedať na otázku, či sa ľudské bunky vôbec dokážu prispôsobiť," vysvetlil jeden z autorov.

Etické problémy

V roku 2015 americký národný inštitút zdravia uložil moratórium na financovanie výskumu, ktorý prechádza cez ľudské a zvieracie bunky. Pretože sa kmeňové bunky môžu vyvinúť do akéhokoľvek ľudského tkaniva, v budúcnosti by mohlo byť vytvorené zviera s ľudským mozgom, niektorí bioetici sa domnievajú. Iní poukazujú na porušenie „symbolickej hranice“ medzi človekom a zvieraťom, píše WP.

Kalifornskí vedci sa domnievajú, že obavy z „chimér“ sú skôr mýtické ako kontrolované experimenty, priznávajú však, že možnosť narodenia zvieraťa s ľudskými bunkami je znepokojujúca.

V auguste americký národný inštitút zdravia umožnil návrat k financovaniu výskumu chiméry. Organizácia navrhuje umožniť zavedenie ľudských kmeňových buniek do embryí v ranom štádiu vývoja u veľkých zvierat, s výnimkou ostatných primátov.

"Konečne sa nám podarilo dokázať, že tento prístup k tvorbe orgánov je možný a bezpečný." Snad to ludia pochopia Mnoho ľudí si myslí, že toto je zo sekcie sci-fi, ale teraz sa to stáva realitou, “- komentoval možné zrušenie zákazu Nakauchi.

Daniil Sotnikov

Ukážka fotografie: stále z filmu "Chimera"

Hlavičková fotografia: WikiCommons

4. augusta 2016 americký národný inštitút zdravia (NIH) oznámil, že zruší moratórium na vytváranie chimér. Hovoríme o eticky kontroverzných experimentoch, v ktorých sú ľudské kmeňové bunky vložené do zvieracích embryí - v dôsledku toho sa formujú organizmy, ktoré kombinujú vlastnosti zvierat a ľudí. Vedci ich nazývajú chiméry.

V starovekom Grécku boli chiméry nazývané mytologické príšery s hlavou a krkom leva, telom kozy a chvostom hada. Rovnaké chiméry sú organizmy s geneticky odlišným materiálom. Mohli by slúžiť ako praktické biologické modely pre štúdium rôznych chorôb - napríklad rakoviny alebo neurodegeneratívnych syndrómov, by sa mohli stať zdrojom orgánov na transplantáciu. Akonáhle sa však experimentálna biológia priblíži k sci -fi, verejnosť sa obáva, že by to mohlo viesť k nezamýšľaným následkom.

Pri vytváraní chimér sa používajú kmeňové bunky, ktoré majú vlastnosť pluripotencie. Inými slovami, sú schopné transformovať sa do všetkých buniek ľudského embrya. Bunky sa zavedú do tkanív embrya modelových organizmov (myší, potkanov, opíc, ošípaných a ďalších zvierat) vo veľmi raných štádiách, potom sa embryo nechá ďalej vyvíjať. V septembri 2015 NIH vyjadrila obavy, že ak by boli kmeňové bunky injikované do mozgu myší, výsledkom by mohli byť hlodavce so zmenenými kognitívnymi schopnosťami - teda zvieratá so „superinteligenciou“. Preto sa NIH, ktorá udeľuje granty na biomedicínsky výskum, rozhodla pozastaviť financovanie experimentov s chimérami, kým ich odborníci nevyšetria etický problém.

Napriek tomu boli niektoré výskumné skupiny v USA už zaneprázdnené vytváraním chimér. MIT Technology Review uvádza, že v roku 2015 sa uskutočnilo asi 20 pokusov o výrobu chiméry prasačieho a ovčieho muža. Žiaľ, doposiaľ nebola publikovaná ani jedna vedecká práca a neexistujú žiadne správy o úspešnej produkcii zvierat s ľudskými tkanivami.

Experimenty s chimérnymi organizmami kombinujú genetické inžinierstvo a biológiu kmeňových buniek. Nestačí len zaviesť do embrya zvieraťa pluripotentné bunky, pretože v tomto prípade môže dopadnúť organizmus s katastrofickými vývojovými poruchami. Vedci zvyčajne vypínajú gény v embryách, aby nemohli vytvárať špecifické tkanivá. V tomto prípade kmeňové bunky preberajú úlohu vytvoriť chýbajúci orgán, ktorý sa ničím nelíši od človeka, a je tak vhodný na transplantáciu.

Podľa svedectva kardiológa Daniela Garryho boli prvé testy tejto metódy vykonané v jeho laboratóriu. Vedci navrhli ošípané, ktorým chýbali niektoré kostrové svaly a cievy. Také zvieratá by neboli životaschopné, ale vedci k embryám pridali kmeňové bunky z iného embrya ošípaných. Výsledky zapôsobili na americkú armádu natoľko, že Harrymu poskytli grant 1,4 milióna dolárov na pestovanie ľudských sŕdc v ošípaných. Vedec sa chystal pokračovať vo svojom výskume napriek moratóriu NIH a bol jedným z 11 autorov, ktorí zverejnili list kritizujúci rozhodnutie biomedicínskeho centra.

Vedci uviedli, že moratórium NIH predstavuje hrozbu pre rozvoj biológie kmeňových buniek, vývojovej biológie a regeneratívnej medicíny a pýtali sa, či kmeňové bunky môžu produkovať vysoko inteligentné, humanizované zviera. Poukázali najmä na to, že xenotransplantačné experimenty, pri ktorých sú nervové bunky z ľudí implantované do mozgov myší, neviedli k príliš inteligentným hlodavcom.

Obrázok: Nakauchi a kol. / Tokijská univerzita

Niektorí vedci pracujúci na chimére preventívne nedovolia, aby sa ich výtvory narodili. Embryológovia skúmajú embryá, aby získali informácie o príspevku ľudských kmeňových buniek k vývoju plodu. Napriek tomu, napriek tomu, že niektoré laboratóriá to hrajú na istotu, chimérické zvieratá už existujú - napríklad myši, obdarené ľudským imunitným systémom. Takéto zvieratá sú vytvorené zavedením buniek pečene a týmusu z potratených ľudských embryí do tela už narodených hlodavcov.

Najväčší záujem vedcov je o vytvorenie chimér v štádiu blastocysty, keď je plod guľa pozostávajúca z niekoľkých desiatok buniek. Táto metóda sa nazýva komplementácia embryí. V roku 2010 sa japonským vedcom podarilo vytvoriť myši, ktorých pankreas bol zložený výlučne z potkaních buniek. Hiromitsu Nakauchi, hlavný autor práce, sa neskôr rozhodol vytvoriť „ľudské prasa“, kvôli ktorému sa musel presťahovať do USA, pretože vedecké výbory v Japonsku takéto experimenty neschvaľujú. Vedec teraz pracuje na Stanfordskej univerzite na grante Kalifornského inštitútu regeneratívnej medicíny. Väčšina pluripotentných buniek vstreknutých do embryí v jeho laboratóriu je vyrobená z jeho vlastnej krvi, povedal, pretože byrokratické bariéry bránia náboru dobrovoľníkov zvonku.

Väčšina ľudí, ktorí počujú slovo „chiméra“, si predstaví príšery vytvorené šialenými vedcami. Vedci musia dokázať, že ľudské bunky sa v skutočnosti môžu množiť a vytvárať u zvierat úplné a zdravé orgány. Myši a potkany sú si geneticky dosť blízke, takže vytvorenie chiméry v tomto prípade nie je problém. V prípade ľudí a ošípaných, ktorých spoločný predok žil pred 90 miliónmi rokov, môže byť všetko inak.

Vedci už testujú komplementáciu embryí ošípaných s ľudskými kmeňovými bunkami, výskum sa však začal až po schválení troch bioetických komisií. Stanfordská univerzita, ktorá vykonáva výskum, má obmedzený čas vývoja embrya na 28 dní (prasiatka sa narodia po 114 dňoch). Napriek tomu bude plod dostatočne vyvinutý, aby určil, ako dobre sa tvoria orgánové púčiky.

Minulý týždeň NIH navrhla nahradiť moratórium dodatočnými odbornými znalosťami, ktoré bude vykonávať výbor etikov a odborníkov na dobré životné podmienky zvierat. Budú brať do úvahy faktory, ako je typ ľudských buniek, v ktorých sa nachádzajú v embryu, a možné zmeny v správaní a vzhľade zvieraťa. Zistenia expertov pomôžu NIH rozhodnúť, či hodnotený projekt stojí za financovanie.