Prasata: pomoc při řešení krize transplantace orgánů

Každých 10 minut je někdo přidán na národní čekací listinu na transplantaci. V současnosti jen v USA čekají na život zachraňující dar orgánů každý den statisíce pacientů. Mnoho z nich je v různých stádiích selhání jater, srdce, ledvin a dalších typů orgánů. Ale každý den 22 z nich zemře při čekání na transplantaci, přičemž jen asi 6000 transplantací provedených v USA ročně (Donate Life). 

Navzdory revolučním výhodám, které transplantace orgánů přinesla do lékařské oblasti, stále existují nedostatky v jejím procesu. Poptávka po orgánech silně převažuje nad dostupným množstvím (OPTN). Hlavní zdroj orgánů pochází od zemřelých dárců. Ale co když lidé nepotřebovali umírat, aby ostatní mohli žít? Co kdyby existoval způsob, jak bychom mohli pěstovat tyto orgány?

Schopnost pěstovat lidské orgány ve zvířecích embryích nedávno vyvolala velký zájem ve světě výzkumu. Národní institut zdraví (NIH) vydal 4. srpna 2016 prohlášení, že poskytne finanční prostředky na experimentování chimér, zvířecích a lidských organismů. Zrušili mnoho svých předchozích pokynů pro výzkum lidských kmenových buněk na základě předpokladů, že chiméry „skrývají obrovský potenciál pro modelování onemocnění, testování léků a možná i případnou transplantaci orgánů“. Z tohoto důvodu se v posledních letech a dokonce měsících značně rozrostl výzkum používání lidských kmenových buněk u zvířat (Národní institut zdraví).

Idea

Juan Carlos Izipusua Belmonte, profesor na Gene Expression Laboratory v Salk Institute for Biological Studies, nastiňuje ve svém článku nalezeném v Scientific American v říjnu své laboratorní metody vývoje lidského orgánu u prasete. Více popisným cílem tohoto výzkumu je změnit povahu orgánu ze zvířete na člověka dříve, než se začne vyvíjet, a umožnit mu dospět do úplného věku. V tuto chvíli ji můžeme sklidit a použít k transplantaci lidem se selháním orgánů.

Nejprve odstraní schopnost prasete vytvořit funkční orgán manipulací s jeho genomem pomocí enzymů CRISPR/Cas9 jako „nůžek“, které vystřihnou gen zodpovědný za vytvoření konkrétního orgánu. Například v případě slinivky břišní existuje specifický gen zvaný Pdx1, který je zcela zodpovědný za tvorbu slinivky břišní u všech zvířat. Odstraněním tohoto genu vznikne zvíře bez slinivky břišní. Poté, co se oplodněnému vajíčku umožní růst na blastocystu, jsou do buňky zavedeny indukované pluripotentní kmenové buňky (iPSC) obsahující lidskou verzi předchozího odstraněného zvířecího genu. V případě slinivky břišní by se jednalo o vložení lidských kmenových buněk obsahujících lidský gen Pdx1. Tato blastocysta pak musí být implantována do náhradní matky a nechat se vyvinout. Teoreticky to pak umožňuje blastocystě dozrát na dospělou osobu a vytvořit funkční orgán, ale místo prasečího původu lidského (Scientific American).

Kde jsme teď?

V roce 2010 Dr. Hiromitsu Nakauchi z Tokijské univerzity úspěšně vypěstoval myš s krysí slinivkou. Zjistili také, že použití iPSC, na rozdíl od embryonálních kmenových buněk, umožňuje zvířatům vytvářet nové orgány, které jsou skutečně specifické pro člověka. To zvyšuje pravděpodobnost úspěchu transplantace, protože se snižuje šance na odmítnutí. Snižuje také etické obavy spojené s prací a získáváním embryonálních kmenových buněk, což zůstává vysoce kontroverzním procesem kvůli povaze, ve které se embryonální kmenové buňky odebírají, z tkání potracených plodů (Modern Farmer).

Juan Carlos Izipusua Belmonte také uvádí, že výzkumníci v jeho laboratoři úspěšně pěstovali lidskou tkáň v blastocystě po injekci lidských kmenových buněk do prasečích embryí. Stále čekají na výsledky z úplného zrání embryí a na povolení od státních a místních úřadů pokračovat ve své práci. Od této chvíle je jim dovoleno nechat embrya prase-člověka otěhotnět pouze 4 týdny, po tuto dobu musí zvíře obětovat. Toto je dohoda, kterou uzavřeli s regulačními orgány, které pozorují jejich experimenty.

Izipusua Belmonte říká, že jeho tým se v současné době zaměřuje na růst slinivky nebo ledviny, protože již identifikovali gen, který odstartuje jeho vývoj. Jiné geny nejsou zdaleka tak jednoduché. Srdce má například více genů, které jsou zodpovědné za jeho růst, takže jeho úspěšné vyřazení je mnohem obtížnější. To znamená, že tato schopnost růstu orgánů nemusí nutně vyřešit všechny naše problémy s transplantacemi orgánů, ale možná jen pro určité orgány, jejichž vývoj může být regulován jedním genem (Scientific American).

Problémy

Izipusua Belmonte podrobně pojednává o omezeních a silných stránkách tohoto oboru ve svém článku Scientific American. Pokud jde o použití prasat jako náhražky, mohou prasečí orgány narůst do jakékoli velikosti potřebné pro umístění osoby, která potřebuje transplantaci, a tak se přizpůsobí různým stavbám. Existují však obavy z doby březosti prasat, která je pouze 4 měsíce ve srovnání s 9měsíčním obdobím požadovaným u lidí. Došlo by tedy k nesrovnalostem v době diferenciace lidských kmenových buněk, které normálně vyžadují 9měsíční období, aby dozrály. Vědci by museli přizpůsobit vnitřní hodiny těchto lidských kmenových buněk.

Další problém zahrnuje použití iPSC jako zdroje lidských kmenových buněk. Přestože se iPSC vyhýbají etickým obavám a jsou specifičtější než embryonální buňky, jak bylo uvedeno dříve, jsou méně naivní. To znamená, že tyto kmenové buňky již mají určitou formu diferenciace a bylo prokázáno, že vyvíjející se embrya je odmítají jako cizí. Jun Wu, výzkumník v Gene Expression Laboratory v Salk Institute s Izipusua Belmonte, v současné době pracuje na způsobu, jak léčit iPSC pomocí růstových hormonů, aby „přiměřeně reagoval na širší škálu embryonálních signálů“. Izipusua Belmonte říká, že až dosud vykazovali slibné výsledky, že tato léčba ve skutečnosti zvyšuje pravděpodobnost integrace do blastocysty. Tato studie je však stále v rané fázi, takže úplné důsledky jsou stále neznámé, i když se zdají být slibné.

Kromě toho je s těmito studiemi stále mnohem více problémů. Prasata a lidé nejsou tak evolučně příbuzní jako lidé a krysy, u kterých byl dosud prokázán úspěšný růst lidských orgánů. Je možné, že se lidské iPSC mohly přizpůsobit tak, že nebudou schopny vnímat rozdíly mezi blízkými příbuznými, ale pokud jsou prasata dále mimo tuto oblast, integrace do blastocysty může být nemožná. V tomto případě budou muset být další zvířecí hostitelé dále prozkoumáni (Scientific American).

Etické obavy

Je zcela zřejmé, že s tímto typem technologie existují velmi extrémní etické obavy. Jsem si jistý, že jste při čtení tohoto článku dokonce na pár mysleli. Vzhledem k tomu, že se nedávno objevila ve světě vědy, skutečně neznáme celou šíři schopností této technologie. Je možné, že integrace lidských iPSC do embrya by se mohla rozšířit do dalších částí těla, možná i do mozku. Co se stane, když v prasečím mozku začneme nacházet lidské nervy a tkáně, což umožňuje praseti, aby bylo schopno vyšší úrovně uvažování než průměrné prase?

To souvisí s obavami o klasifikaci živých chimérických zvířat. Bylo by toto prase považováno za poločlověka? Pokud ne, rozhodně to není jen prase, tak co to znamená? Kde nakreslíme čáru? Také, pokud toto prase obsahuje lidské tkáně, mohlo by být náchylné k rozvoji lidských nemocí, což by bylo katastrofální pro přenos a mutaci infekčních nemocí (Daily Mail).

Christopher Thomas Scott, PhD, ředitel Stanfordského programu pro kmenové buňky ve společnosti, Senior Research Scholar v Centru pro biomedicínskou etiku a nyní Nakauchiho kolega, vysvětluje, že lidské fungování jde dál než jen k buňkám v mozku. Uvádí, že „budou se chovat jako prasata, budou se cítit jako prasata“ a i kdyby měly obsahovat mozek vyrobený z lidské tkáně, nezačaly by najednou mluvit a fungovat jako lidé. Je však důležité poznamenat, že to nemusí platit pro zvířata podobnější lidem, jako jsou šimpanzi a gorily. Právě v těchto případech by bylo obzvlášť děsivé uvažovat o takovém přenosu do lidské tkáně. Právě kvůli tomu jsou tyto typy experimentů Národním zdravotním ústavem zakázány provádět na primátech, protože úplné důsledky zavedení lidských kmenových buněk zůstávají neznámé (Modern Farmer).

Skutečný proces, který spočívá v tom, že prase jen pěstujeme s úmyslem odebírat jeho orgány a zabíjet je, je samo o sobě tématem kontroverze. Myšlenka orgánových farem se týká zejména aktivistů za práva zvířat. Bylo prokázáno, že prasata sdílejí naši úroveň vědomí a utrpení (Modern Farmer), takže se tvrdí, že jejich použití čistě pro růst lidských orgánů, jejich odebírání a ponechání zemřít je silně nehumánní (Daily Mail).

Další obava se týká páření mezi chimérickými zvířaty. Není známo, jak by integrace lidských kmenových buněk do zvířete ovlivnila reprodukční systém těchto zvířat. Stejně jako v případě mozku je možné, že některé z těchto kmenových buněk by mohly místo toho migrovat do reprodukčního systému a vytvořit tak v extrémních případech plně funkční lidský reprodukční orgán. To by bylo naprosto katastrofální, protože by to teoreticky vedlo k vytvoření plně lidských spermií a vajíček u samců a samic prasat s touto charakteristikou. Pokud by se dvě z těchto chimér spářily, mohlo by to dokonce vést k ještě extrémnějšímu případu, kdy by došlo k vytvoření plně lidského plodu uvnitř hospodářského zvířete (Scientific American)!