Mednarodni skupini znanstvenikov, ki jo je vodil Španec Juan Balmonte, znan po svojem delu na področju matičnih celic, je uspelo ustvariti zarodke človeške in prašičje himere, ki bodo v prihodnosti lahko vir donatorskih organov. Druga skupina raziskovalcev je viruse uporabljala za zdravljenje prirojene gluhosti pri miših. govori o uspehu genskega inženiringa, povezanega z medicino.

Ustvarjanje gensko spremenjenih organizmov ni edini način, kako lahko genski inženiring ugaja človeštvu. Biotehnologija omogoča ne samo spreminjanje genov za izboljšanje kmetijskih rastlin in živali, temveč tudi zdravljenje prej neozdravljivih bolezni. Ironično je, da za to znanstveniki uporabljajo večne sovražnike človeka - viruse. Slednji se uporabljajo za ustvarjanje vektorjev, ki dovajajo DNA do želenih celic. Druga smer, ki lahko prestraši ljudi, ki niso preveč podkovani v znanosti, je ustvarjanje zarodkov himere, ki združujejo človeške celice in druge organizme. Kar pa se sprva zdi zlovešče, se bo dejansko izkazalo kot priročen način za ustvarjanje organov.

Ledvice ali pljuča, pridobljena z gojenjem himernih zarodkov, bodo primerna za presaditev ljudem v stiski. Tisti, ki se bojijo mutantske vstaje, bi morali pomisliti, da so resnične koristi te tehnologije večje od nejasnih strahov pesimističnih piscev znanstvene fantastike.

Slika: Nakauchi et al. Univerza v Tokiu

Da bi pregnali strahove, morate razumeti, kaj in kako delajo znanstveniki, ki ustvarjajo himere. Glavni material, s katerim raziskovalci sodelujejo, so matične celice, ki imajo pluripotenco - sposobnost preoblikovanja v druge celice v telesu (živce, maščobe, mišice itd.), Z izjemo posteljice in rumenjakove vrečke. Vnesejo se v zarodke drugih organizmov, nato pa se zarodek še naprej razvija.

Prašiči

Tako je mednarodni skupini znanstvenikov iz ZDA, Španije in Japonske uspelo ustvariti himere prašičev, podgan in mišk in krav. O tem so poročali v članku, objavljenem v reviji Cell, ki je postala prvi dokument, ki podpira uspešno "kimerizacijo" sorodnih vrst.

Glavna težava je v tem, da v zarodek ni dovolj vnesti pluripotentnih celic in počakati, da izide nekaj dobrega. Namesto tega lahko konča z organizmom s katastrofalnimi motnjami v razvoju, vključno z nastankom teratomov. Izključiti je treba gene v zarodkih prejemnikov, da ne morejo tvoriti določenih tkiv. V tem primeru implantirane matične celice prevzamejo nalogo gojenja manjkajočega organa.

Najprej so znanstveniki matičnim celicam podgan vbrizgali mišje zarodke v fazi blastociste, ko je plod krogla več deset celic. Ta metoda se imenuje dopolnjevanje zarodka. Cilj poskusa je bil ugotoviti, kateri dejavniki igrajo vodilno vlogo pri medvrstnem kimerizmu. Zarodke so prenesli v telo samic miši, nato pa so se razvili v žive kimere, od katerih je ena preživela do drugega leta starosti.

Geni v zarodkih so bili izklopljeni s tehnologijo CRISPR / Cas9, ki uvaja prelome v določenih predelih DNK. Na primer, raziskovalci so pri preizkušanju njihovega pristopa blokirali aktivnost gena, ki igra pomembno vlogo pri tvorbi trebušne slinavke. Miše, ki so se rodile, so posledično umrle, ko pa so bile v zarodke vnesene pluripotentne celice podgan, se je razvil manjkajoči organ. Znanstveniki so izklopili tudi gen Nkx2,5, brez katerega so zarodki trpeli zaradi resnih srčnih napak in so se izkazali za nerazvite. Kimerizacija je zarodkom pomagala doseči normalno rast, vendar žive kimere niso bile pridobljene.

Foto: Juan Carlos Izpisua Belmonte / Inštitut za biološke študije Salk

Študija dobljenih miši na podganah je pokazala, da različna mišična tkiva vsebujejo različen delež podganjih celic. Ko so znanstveniki poskušali injicirati podganje celice v prašičje blastociste in nato opravili genetsko analizo štiri tedne starih zarodkov, niso odkrili DNA glodalcev. To nakazuje, da niso vse živali primerne za medsebojno kimerizacijo, in uspešno cepljenje matičnih celic iz nekaterih zarodkov v druge je lahko odvisno od genetskih, morfoloških ali anatomskih dejavnikov.

Glavni cilj znanstvenikov je bil ustvariti himero človeka in prašiča, da bi ugotovili, kako se bodo človeška tkiva razvila v zarodku neprežvekovalne parkljaste živali. Uporabili so prašičje blastociste in z laserskim žarkom naredili mikroskopske luknje za nadaljnje vbrizgavanje različnih skupin pluripotentnih celic, ki so jih gojili v različnih pogojih. Nato so zarodke prenesli na svinje, kjer so se uspešno razvili. Sledenje dinamiki človeškega materiala je potekalo s pomočjo fluorescentnih beljakovin, za proizvodnjo katerih so bile programirane človeške izvorne celice.

Posledično so v prašičjem zarodku nastale celice, ki so predhodnice različnih vrst tkiv, vključno s srcem, jetri in živčnim sistemom. Hibridi prašič-človek so se lahko razvijali tri do štiri tedne, nato pa so jih iz etičnih razlogov uničili.

Gluhe miši

Ameriški znanstveniki iz Bostona so nedavno lahko vrnili sluh miši, ki trpijo zaradi redke genetske motnje delovanja notranjega ušesa. Za to so uporabili biološki sistem za dovajanje genov (vektor), ki temelji na nevtraliziranih virusih. Raziskovalci so spremenili z adenom povezan virus, ki okuži ljudi, vendar ne povzroča bolezni.

Nalezljivi povzročitelj lahko prodre v lasne celice - receptorje slušnega sistema in vestibularnega aparata pri živalih. Biotehnologi so vektor uporabili za popravilo okvarjenega gena Ush1c v celicah novorojenih živih miši. Ta mutacija povzroča gluhost, slepoto in neravnovesje. Posledično se je sluh živali izboljšal, kar jim je omogočilo, da so ločevali celo tihe zvoke.

Genski inženiring torej ni način za ustvarjanje mutantov, ki ogrožajo človeštvo. To je nenehno izboljševanje metod in sredstev za izboljšanje življenja in zdravja ljudi, zlasti tistih, ki ga zelo potrebujejo. Ker ustvarjanja kimere in genske terapije ni tako enostavno izvesti in včasih zahtevajo iznajdljive rešitve, razvoj biotehnologije ne gre tako hitro, kot bi si želeli. Letno pa izide na desetine znanstvenih člankov, ki poglabljajo in bogatijo naše znanje in veščine.

Do takšnega zaključka je povsem mogoče po uspešnem in drznem eksperimentu, ki so ga izvedli strokovnjaki iz LRK. Njegov glavni cilj je preizkusiti možnosti rastočih organov za njihovo presaditev na ljudi.

Kitajski znanstveniki so prašiča križali s primati. Tako jim je dejansko uspelo tisto, kar je prej veljalo za neverjetno. Posledično ni popolnoma izključeno, da so kimere res obstajale že v davnih časih.

Skupini strokovnjakov je uspelo prečkati celice prašičev in primatov. Po zadnjih prejetih informacijah sta se dva pujska rodila živa. Vendar se je njihova smrt po tem zgodila v samo enem tednu.

Glavna stvar tega poskusa je, da se še nikoli v zgodovini niso rodile dolgotrajne kimere. To bi lahko bil pomemben korak pri zagotavljanju organov človeštvu za potrebne presaditve.

Vendar se zdi, da je doseganje tega cilja še daleč.

Kitajski znanstveniki so najprej začeli spreminjati opičje celice, da proizvajajo specifične fluorescentne beljakovine. To je strokovnjakom omogočilo sledenje genetskim celicam njihovih potomcev.

Nato so se lotili ekstrakcije embrionalnih izvornih celic iz spremenjenih. To so storili, da so jih v prašičje zarodke uvedli pet dni po oploditvi.

Poročajo, da so strokovnjaki svinjam vnesli več kot štiri tisoč tako pridobljenih zarodkov.

Posledično so samice prašičev skotile deset pujskov. Dva od njih sta imela obe vrsti celic. Pravzaprav so bile najbolj resnične himere.

Kot rezultat, raziskovalci ugotavljajo, da so v rojenih himerah del tkiv, vključno s tkivi srca, jeter, vranice, pljuč in kože, sestavljali opičje celice. Vendar je bilo njihovo razmerje precej nizko.

Tudi kitajska znanost še vedno ne more odgovoriti, kaj dejansko je bilo vzrok za nepričakovano smrt novorojenčkov in popolnoma dozorelih prašičev.

Vendar je treba opozoriti tudi, da so hkrati umrli tudi drugi pujski, rojeni med poskusom in ki niso bili himere. Znanstveniki ponavadi domnevajo, da je razlog za to v posebnih procesih, povezanih z IVF.

Že dolgo je znano, da ta metoda pri živalih ne deluje tako dobro kot pri ljudeh. Kljub temu pa bodo strokovnjaki nadaljevali s svojim drznim eksperimentom.

Pri tem predlagajo uporabo veliko večjega števila opičjih celic. Naslednji poskus bo imel za cilj ustvarjanje popolnoma zdravih in rentabilnih živali.

Glavna naloga je, da je eden od njihovih organov v celoti sestavljen iz celic primatov. Potem bo to pravi preboj v možnostih presaditve.

Zarodek je hibrid človeka in prašiča. Biologi iz ZDA, Japonske in Španije so v prašičje jajce vbrizgali človeške izvorne celice. Znanstveniki so zarodek, ki je zrasel v maternici živalske himere, poimenovali v čast bitju iz starodavne mitologije. V prihodnosti bodo te študije znanstvenikom omogočale gojenje organov za presaditev in preučevanje narave genskih bolezni. Da bi raziskave lahko napredovale, morajo znanstveniki dokazati ne le učinkovitost poskusov, temveč tudi svojo etiko.

Kaj je bistvo eksperimenta

Skupina ameriških znanstvenikov z inštituta Salk za biološke raziskave v Kaliforniji je v prašičji zarodek vbrizgala človeške izvorne celice v zgodnji fazi razvoja in jih položila v maternico živali. Mesec dni kasneje so se izvorne celice razvile v zarodke z začetki človeških tkiv: srca, jeter in nevronov.

Znanstveniki priznavajo, da se je od 2.075 presajenih zarodkov do 28-dnevne razvilo 186. Nastali zarodki so bili "izjemno nestabilni", vendar je to doslej najuspešnejši človeški hibrid. Znanstveniki pišejo, da je nastala himera najpomembnejši korak k ustvarjanju živalskih zarodkov z delujočimi človeškimi organi.

Vir: Cell Press

Končni cilj je gojiti funkcionalne organe in organe, pripravljene za presaditev, izvedeni poskusi pa so prvi korak k temu, piše WP s sklicevanjem na znanstvenike iz Kalifornije.

Rezultati podobne študije so objavljeni v prvi številki revije Nature za leto 2017. Kot izhaja iz objave, je skupini znanstvenikov z Japonske in ZDA uspelo gojiti mišjo trebušno slinavko znotraj podgane in nato presaditi organ, ki proizvaja inzulin, v diabetične miši, kar pa ni povzročilo imunske zavrnitve. To je bila prva potrditev, da je medvrstna presaditev organov možna, piše Nature.

Zakaj je to potrebno

Glavni cilj znanstvenikov je gojenje človeških organov z uporabo zarodkov velikih živali. Po podatkih ameriškega ministrstva za zdravje vsak dan med čakanjem na organe za presaditev umre 22 ljudi. Znanstveniki že dolgo poskušajo gojiti umetna tkiva zunaj človeškega telesa, vendar se organi, ki se razvijejo v petrijevki (tako imenovani posodi za gojenje mikroorganizmov), zelo razlikujejo od tistih, ki rastejo znotraj živega organizma.

Tehnologija gojenja umetnih organov bo verjetno podobna poskusu z miši in podganami, piše The Washington Post. Podgane, ki so jim bile vgrajene nove celice v okviru študij, opisanih v Nature, so bile gensko spremenjene. Niso mogli gojiti lastne trebušne slinavke, zato so matične celice "napolnile prazen prostor". Nekatere žleze, ki so se pojavile pri podganah, so bile presadjene v bolne miši. Po operaciji so miši eno leto živeli z zdravo koncentracijo glukoze - polovico človeškega življenja, piše WP.

Študija je dokazala, da presaditev med vrstami ni le mogoča, ampak tudi učinkovita, je dejal višji avtor študije Hiromitsu Nakauchi s univerze Stanford. Znanstvenikom je na enak način uspelo "gojiti" srce in oči.

Kakšne so težave

Znanstveniki iz Kalifornije so prve rezultate dosegli štiri leta po začetku raziskav. Po njihovem mnenju so prašiči idealne živali za eksperimentiranje. Njihovi organi so približno enake velikosti, vendar rastejo veliko hitreje kot ljudje. Raziskovalci priznavajo, da bi moral biti dejavnik časa glavni dejavnik nadaljnjih raziskav.

"Čeprav je število človeških celic v nastalem zarodku zelo majhno in se celoten postopek odvija v zgodnji embrionalni fazi, je prezgodaj govoriti o ustvarjanju polnopravne himere," so Nakauchijevi sodelavci komentirali rezultat. V nastalih zarodkih je bil le en človek na 100.000 prašičjih celic (učinkovitost 0,00001%). "Dovolj je, da dosežemo učinkovitost 0,1% do 1% celic," je za BBC pojasnil eden od avtorjev kalifornijske študije.

Po štirih tednih razvoja so znanstveniki na inštitutu Salk etično uničili nastale zarodke, da bi preprečili, da bi se himera popolnoma razvila. "Želeli smo le odgovoriti na vprašanje, ali se bodo človeške celice sploh lahko prilagodile," je pojasnil eden od avtorjev.

Etična vprašanja

Leta 2015 so ameriški nacionalni inštituti za zdravje uvedli moratorij na financiranje raziskav, ki prečkajo človeške in živalske celice. Ker se izvorne celice lahko razvijejo v katero koli človeško tkivo, bi v prihodnosti lahko ustvarili žival s človeškimi možgani, menijo nekateri bioetiki. Drugi opozarjajo na kršitev "simbolne meje" med človekom in živaljo, piše WP.

Kalifornijski znanstveniki verjamejo, da so strahovi okoli "kimere" bolj mitični kot nadzorovani poskusi, vendar priznavajo, da je možnost, da se žival rodi s človeškimi celicami, zaskrbljujoča.

Avgusta so ameriški nacionalni inštituti za zdravje dovolili vrnitev financiranja raziskav kimere. Organizacija predlaga, da se dovoli vnos človeških izvornih celic v zarodke v zgodnji fazi razvoja pri velikih živalih, z izjemo drugih primatov.

»Končno nam je uspelo dokazati, da je tak pristop k ustvarjanju organov mogoč in varen. Upam, da bodo ljudje to razumeli. Mnogi ljudje mislijo, da je to iz oddelka znanstvene fantastike, zdaj pa to postaja resničnost, "- je komentiral morebitno odpravo prepovedi Nakauchi.

Daniil Sotnikov

Predogled fotografije: še vedno iz filma "Chimera"

Fotografija glave: WikiCommons

Ameriški nacionalni inštitut za zdravje (NIH) je 4. avgusta 2016 sporočil, da bo odpravil moratorij na ustvarjanje himere. Govorimo o etično kontroverznih poskusih, pri katerih človeške matične celice vnašamo v živalske zarodke - posledično nastanejo organizmi, ki združujejo živalske in človeške lastnosti. Znanstveniki jim pravijo himere.

V starodavni Grčiji so himere imenovali mitološke pošasti z glavo in vratom leva, telesom koze in repom kače. Iste himere so organizmi z gensko različnim materialom. Lahko bi bili priročni biološki modeli za preučevanje različnih bolezni - na primer rak ali nevrodegenerativni sindromi, bi lahko postali vir organov za presaditev. Ko pa se eksperimentalna biologija približa znanstveni fantastiki, se javnost boji, da bi to lahko imelo neželene posledice.

Pri ustvarjanju himer se uporabljajo matične celice, ki imajo lastnost pluripotencije. Z drugimi besedami, lahko se spremenijo v vse celice človeškega zarodka. Celice se vnesejo v zarodkovo tkivo vzorčnih organizmov (miši, podgane, opice, prašiči in druge živali) v zelo zgodnjih fazah, nato pa se zarodek lahko še naprej razvija. Septembra 2015 je NIH izrazil zaskrbljenost, da bi lahko, če bi matične celice vbrizgali v možgane miši, rezultat bili glodalci s spremenjenimi kognitivnimi sposobnostmi - torej živali s "superinteligenco". Zato se je NIH, ki dodeljuje nepovratna sredstva za biomedicinske raziskave, odločil, da ustavi financiranje poskusov s himerami, dokler njihovi strokovnjaki ne raziščejo etičnega vprašanja.

Kljub temu so bile nekatere raziskovalne skupine v ZDA že zaposlene z ustvarjanjem himere. MIT Technology Review poroča, da je bilo leta 2015 približno 20 poskusov izdelave himer prašičev in ovc. Na žalost še ni objavljeno nobeno znanstveno delo in ni poročil o uspešni proizvodnji živali s človeškimi tkivi.

Poskusi s himernimi organizmi združujejo tako genski inženiring kot biologijo matičnih celic. Ni dovolj samo vnesti pluripotentne celice v zarodek živali, saj se v tem primeru lahko izkaže organizem s katastrofalnimi razvojnimi motnjami. Znanstveniki običajno izključijo gene v zarodkih, tako da ne morejo oblikovati določenih tkiv. V tem primeru matične celice prevzamejo nalogo oblikovanja manjkajočega organa, ki se ne razlikuje od človeškega, zaradi česar je primeren za presaditev.

Po pričevanju kardiologa Daniela Garryja so bili prvi testi te metode opravljeni v njegovem laboratoriju. Raziskovalci so oblikovali prašiče, ki jim je manjkalo nekaj skeletnih mišic in krvnih žil. Takšne živali ne bi bile sposobne preživeti, vendar so znanstveniki zarodkom dodali izvorne celice drugega prašičjega zarodka. Rezultati so tako navdušili ameriško vojsko, da so Harryju podelili 1,4 milijona dolarjev za gojenje človeških src v prašičih. Znanstvenik je kljub moratoriju NIH kmalu nadaljeval svoje raziskave in je bil eden izmed 11 avtorjev, ki so objavili pismo, v katerem kritizirajo odločitev biomedicinskega centra.

Znanstveniki so dejali, da moratorij NIH ogroža razvoj biologije matičnih celic, razvojne biologije in regenerativne medicine ter se spraševali, ali bi matične celice lahko dale visoko inteligentno, humanizirano žival. Zlasti so poudarili, da poskusi ksenotransplantacije, pri katerih se živčne celice človeka vsadijo v možgane miši, niso privedli do preveč inteligentnih glodalcev.

Slika: Nakauchi et al. Univerza v Tokiu

Iz previdnosti nekateri raziskovalci, ki se ukvarjajo s himero, ne dovolijo, da bi se njihove stvaritve rodile. Embriologi preučujejo zarodke, da bi dobili informacije o prispevku človeških izvornih celic k razvoju ploda. Kljub temu, da nekateri laboratoriji varno igrajo, kimerne živali že obstajajo - na primer miši, obdarjene s človeškim imunskim sistemom. Takšne živali nastanejo z vnosom celic jeter in timusa iz spuščenih človeških zarodkov v telo že rojenih glodalcev.

Znanstvenike najbolj zanima ustvarjanje kimere v fazi blastociste, ko je plod krogla, sestavljena iz več deset celic. Ta metoda se imenuje dopolnjevanje zarodka. Leta 2010 je raziskovalcem na Japonskem uspelo ustvariti miši, katerih trebušna slinavka je bila v celoti sestavljena iz podganjih celic. Hiromitsu Nakauchi, glavni avtor dela, se je kasneje odločil, da bo ustvaril "človeškega prašiča", za katerega se je moral preseliti v ZDA, saj znanstveni odbori na Japonskem takšnih poskusov ne odobravajo. Znanstvenik zdaj dela na univerzi Stanford v obliki donacije Kalifornijskega inštituta za regenerativno medicino. Večina pluripotentnih celic, vbrizganih v zarodke v njegovem laboratoriju, je narejenih iz njegove lastne krvi, saj birokratske ovire preprečujejo novačenje prostovoljcev od zunaj.

Večina ljudi, ki slišijo besedo "himera", si predstavljajo pošasti, ki so jih ustvarili nori znanstveniki. Znanstveniki morajo dokazati, da se človeške celice dejansko lahko razmnožujejo in tvorijo popolne in zdrave organe pri živalih. Miši in podgane so si gensko precej blizu, zato ustvarjanje himere v tem primeru ni problem. V primeru ljudi in prašičev, katerih skupni prednik je živel pred 90 milijoni let, so lahko stvari drugačne.

Znanstveniki že preizkušajo dopolnjevanje prašičjih zarodkov s človeškimi matičnimi celicami, vendar so se raziskave začele šele po odobritvi treh komisij za bioetiko. Univerza Stanford, ki izvaja raziskavo, je omejila čas razvoja zarodkov na 28 dni (pujski se rodijo po 114 dneh). Kljub temu bo plod dovolj razvit, da bo lahko ugotovil, kako dobro se oblikujejo brsti organov.

Prejšnji teden je NIH predlagal zamenjavo moratorija z dodatnim strokovnim znanjem, ki ga bo izvedel odbor etikov in strokovnjakov za dobro počutje živali. Upoštevali bodo dejavnike, kot so vrsta človeških celic, kjer se nahajajo v zarodku, in morebitne spremembe v vedenju in videzu živali. Ugotovitve strokovnjakov bodo NIH pomagale pri odločitvi, ali se pregledani projekt splača financirati.