Hybrid človek-prasa vytvorený v laboratóriu

Vedci dúfajú, že embryá chiméry predstavujú kľúčové kroky smerom k život zachraňujúcim orgánom pestovaným v laboratóriu.

Pozoruhodným – ak pravdepodobne kontroverzným – počinom vedci oznámili, že vytvorili prvé úspešné hybridy človeka a zvieraťa. Projekt dokazuje, že ľudské bunky môžu byť zavedené do nehumánneho organizmu, prežiť a dokonca rásť vo vnútri hostiteľského zvieraťa, v tomto prípade ošípaných.

Tento biomedicínsky pokrok bol dlho snom a trápením pre vedcov, ktorí dúfali, že vyriešia kritický nedostatok darcovských orgánov.

Čo keby ste namiesto toho, aby ste sa spoliehali na štedrého darcu, mohli pestovať vlastný orgán vo vnútri zvieraťa?

To je teraz o krok bližšie k realite, informuje medzinárodný tím výskumníkov pod vedením Salkovho inštitútu v časopise Cell . Tím vytvoril to, čo je vedecky známe ako chiméra: organizmus, ktorý obsahuje bunky z dvoch rôznych druhov.

V minulosti boli ľudsko-zvieracie chiméry nedosiahnuteľné. Takéto experimenty v súčasnosti nie sú v USA oprávnené na verejné financovanie (doteraz sa tím Salk pri projekte chiméry spoliehal na súkromných darcov). Aj verejná mienka brzdila vytváranie organizmov, ktoré sú sčasti ľuďmi a sčasti zvieratami.

Ale pre hlavného autora štúdie Jun Wu zo Salkovho inštitútu sa musíme len pozrieť na mýtické chiméry – ako sú hybridy človeka a vtákov, ktoré poznáme ako anjeli – pre inú perspektívu.

„V starovekých civilizáciách boli chiméry spájané s Bohom,“ hovorí, a naši predkovia si mysleli, že „chimérická forma môže chrániť ľudí“. V istom zmysle to je to, čo tím dúfa, že hybridy ľudí a zvierat jedného dňa urobia.

Budovanie chiméry

Existujú dva spôsoby, ako vytvoriť chiméru. Prvým je zavedenie orgánov jedného zvieraťa do druhého – riskantný návrh, pretože imunitný systém hostiteľa môže spôsobiť odmietnutie orgánu.

Ďalšou metódou je začať na embryonálnej úrovni, vložiť bunky jedného zvieraťa do embrya druhého a nechať ich spolu rásť do hybridu.

Znie to zvláštne, ale je to dômyselný spôsob, ako nakoniec vyriešiť množstvo nepríjemných biologických problémov s orgánmi vypestovanými v laboratóriu.

Keď vedci objavili kmeňové bunky, hlavné bunky, ktoré dokážu produkovať akýkoľvek druh telesného tkaniva, zdalo sa, že obsahujú nekonečný vedecký prísľub. Ale presvedčiť tieto bunky, aby vyrástli do správnych druhov tkanív a orgánov, je ťažké.

Bunky musia prežiť v Petriho miskách. Vedci musia použiť lešenie, aby sa uistili, že orgány rastú do správnych tvarov. A často musia pacienti podstúpiť bolestivé a invazívne procedúry, aby získali tkanivá potrebné na spustenie procesu.

Juan Carlos Ispizua Belmonte , profesor laboratória génovej expresie v Salkovom inštitúte, si spočiatku myslel, že koncept použitia hostiteľského embrya na rast orgánov sa zdá byť dostatočne jednoduchý. Ispizuovi a viac ako 40 spolupracovníkom však trvalo štyri roky, kým prišli na to, ako vyrobiť chiméru medzi ľuďmi a zvieratami.

Za týmto účelom tím spojil predchádzajúci výskum chimér uskutočnený na myšiach a potkanoch.

Obr.: Táto ročná chiméra pochádza z myši, ktorej boli injikované potkanie kmeňové bunky. ( FOTOGRAFIE JUAN CARLOS IZPISUA BELMONTE)

Iní vedci už prišli na to, ako vypestovať tkanivo pankreasu potkana vo vnútri myši. Tento tím oznámil, že myšacie pankreasy pestované vo vnútri potkanov úspešne liečili cukrovku , keď boli časti zdravých orgánov transplantované chorým myšiam.

Skupina vedená Salkom posunula koncepciu o krok ďalej a použila nástroj na úpravu genómu s názvom CRISPR na preniknutie do myších blastocyst – prekurzorov embryí. Tam vymazali gény, ktoré myši potrebujú na pestovanie určitých orgánov. Keď zaviedli potkanie kmeňové bunky schopné produkovať tieto orgány, tieto bunky prekvitali.

Výsledkom bolo, že myši sa dožili dospelosti. Niektorí dokonca pestovali chimérické žlčníky vyrobené z myších a potkaních buniek, aj keď potkany tento konkrétny orgán nemajú.

Riziko odmietnutia

Tím potom odobral kmeňové bunky potkanom a vstrekol ich do blastocyst ošípaných. Táto verzia zlyhala – nie je prekvapujúce, pretože potkany a ošípané majú dramaticky odlišné časy tehotenstva a evolučných predkov.

Ale ošípané majú pozoruhodnú podobnosť s ľuďmi. Hoci tehotenstvo trvá menej času, ich orgány vyzerajú veľmi podobne ako naše.

Nie že by tieto podobnosti uľahčili úlohu. Tím zistil, že na to, aby sa do prasiat zaviedli ľudské bunky bez toho, aby ich zabili, museli mať správne načasovanie.

„Vyskúšali sme tri rôzne typy ľudských buniek, ktoré v podstate predstavujú tri rôzne časy“ vo vývojovom procese, vysvetľuje Jun Wu, vedec Salk Institute a prvý autor článku. Prostredníctvom pokusov a omylov zistili, že naivné pluripotentné bunky – kmeňové bunky s neobmedzeným potenciálom – neprežili tak dobre ako tie, ktoré sa vyvinuli o niečo viac.

Keď boli tie správne ľudské bunky vstreknuté do embryí ošípaných, embryá prežili. Potom sa umiestnili do dospelých ošípaných, ktoré nosili embryá tri až štyri týždne, kým sa odstránili a analyzovali.

Celkovo tím vytvoril 186 chimérických embryí v neskoršom štádiu, ktoré prežili, hovorí Wu, a „odhadujeme [každé z nich] asi jednu zo 100 000 ľudských buniek.

Obr.: obraz prasacej blastocysty, ktorej sú vstreknuté ľudské bunky. ( FOTOGRAFIE JUAN CARLOS IZPISUA BELMONTE)

To je nízke percento – a z dlhodobého hľadiska by to mohlo predstavovať problém pre metódu, hovorí Ke Cheng , odborník na kmeňové bunky z University of North Carolina v Chapel Hill a North Carolina State University.

Zdá sa, že ľudské tkanivo spomaľuje rast embrya, poznamenáva Cheng, a orgány vypestované z takýchto embryí, ako sa teraz vyvíjajú, by ľudia pravdepodobne odmietli, pretože by obsahovali toľko prasačieho tkaniva.

Ďalším veľkým krokom, hovorí Cheng, je zistiť, či je možné zvýšiť počet ľudských buniek, ktoré embryá dokážu tolerovať. Súčasná metóda je začiatkom, ale stále nie je jasné, či sa dá táto prekážka prekonať.

Belmonte súhlasí a poznamenáva, že využitie tohto procesu na vytvorenie fungujúcich ľudských orgánov môže trvať roky. Táto technika by sa mohla použiť oveľa skôr ako spôsob, ako študovať vývoj ľudského embrya a pochopiť choroby. A tieto poznatky v reálnom čase môžu byť rovnako cenné ako schopnosť pestovať orgán.

Už v tomto ranom štádiu Cheng nazýva prácu prelomovou: „Je potrebné urobiť ďalšie kroky,“ pripúšťa. “Ale je to zaujímavé. Veľmi zaujímavé.”

Erin Blakemore

skspravy