Svín: hjálpa til við að leysa líffæraígræðslukreppuna

Á 10 mínútna fresti bætist einhver á landsbundinn biðlista fyrir ígræðslu. Hundruð þúsunda sjúklinga á hverjum degi bíða nú líffæragjafar í Bandaríkjunum einum. Margir þeirra eru á ýmsum stigum lifrar-, hjarta-, nýrna- og annarra líffærabilunar. En á hverjum degi munu 22 þeirra deyja og bíða eftir ígræðslu með aðeins um 6000 ígræðslur gerðar í Bandaríkjunum á hverju ári (Donate Life). 

Þrátt fyrir byltingarkennda ávinninginn sem líffæraígræðslur hafa innleitt í læknisfræði, eru enn gallar á ferli þess. Eftirspurn eftir líffærum vegur verulega þyngra en tiltækt magn (OPTN). Helsta uppspretta líffæra er frá látnum gjöfum. En hvað ef fólk þyrfti ekki að deyja til að aðrir gætu lifað? Hvað ef það væri leið til að við gætum ræktað þessi líffæri?

Hæfni til að rækta líffæri úr mönnum í dýrafósturvísum hefur að undanförnu vakið mikinn áhuga í rannsóknarheiminum. Heilbrigðisstofnunin (NIH) sendi frá sér yfirlýsingu þann 4. ágúst 2016 að þeir myndu veita styrki til tilrauna á kímerum, lífverum frá dýrum og mönnum. Þeir hafa aflétt mörgum fyrri leiðbeiningum sínum um stofnfrumurannsóknir á mönnum á grundvelli þeirrar forsendu að kímerur „hafi gríðarlega möguleika á sjúkdómslíkönum, lyfjaprófum og ef til vill líffæraígræðslu“. Vegna þessa hefur rannsóknum á notkun stofnfrumna úr mönnum í dýrum fjölgað gríðarlega á undanförnum árum og jafnvel mánuðum (Landlæknisembættið).

Hugmyndin

Juan Carlos Izipusua Belmonte, prófessor við Gene Expression Laboratory við Salk Institute for Biological Studies, útlistar í grein sinni sem fannst í Scientific American í október aðferðir rannsóknarstofu hans við að þróa mannslíffæri í svíni. Lýsandi markmið þessarar rannsóknar er að breyta eðli líffæris úr dýri til manns áður en það byrjar að þroskast og leyfa því að vaxa til fulls. Á þessum tíma getum við uppskera það og notað það til ígræðslu í menn sem sýna líffærabilun.

Til að byrja með eyða þeir getu svínsins til að búa til starfhæft líffæri með því að vinna með erfðamengi þess með því að nota CRISPR/Cas9 ensím sem „skæri“ sem skera út genið sem ber ábyrgð á sköpun tiltekins líffæris. Til dæmis, þegar um brisið er að ræða, er til sérstakt gen sem kallast Pdx1 sem er alfarið ábyrgt fyrir myndun brissins í öllum dýrum. Eyðing á þessu geni skapar dýr sem er ekki með brisi. Með því að leyfa frjóvguðu egginu að vaxa að blastocyst, eru framkallaðar fjölhæfar stofnfrumur (iPSCs) sem innihalda mannlega útgáfu af fyrra eyddu dýrageninu kynntar í frumuna. Þegar um brisið er að ræða, þá væri þetta innsetning stofnfrumna úr mönnum sem innihalda Pdx1 genið úr mönnum. Þessa blastocyst þarf síðan að græða í staðgöngumóður og leyfa henni að þróast. Fræðilega séð gerir þetta blastocystunni kleift að þroskast til fullorðins manns og mynda starfhæft líffæri, en af ​​mannlegum uppruna í stað svíns (Scientific American).

Hvar erum við stödd núna?

Árið 2010 ræktaði Dr. Hiromitsu Nakauchi við háskólann í Tókýó mús með rottubrisi. Þeir ákváðu einnig að notkun iPSCs, öfugt við stofnfrumna úr fósturvísum, gerir dýrunum kleift að búa til ný líffæri sem eru í raun sértæk fyrir einstakling. Þetta eykur líkurnar á árangri fyrir ígræðsluna þar sem það minnkar líkurnar á höfnun. Það dregur einnig úr siðferðislegum áhyggjum sem tengjast því að vinna með og fá stofnfrumna úr fósturvísum, sem er enn mjög umdeilt ferli vegna þess eðlis sem stofnfrumum úr fósturvísum er safnað úr vefjum fóstureyðinga (Modern Farmer).

Juan Carlos Izipusua Belmonte segir einnig að vísindamenn í rannsóknarstofu hans hafi með góðum árangri ræktað vefi úr mönnum í sprengiblöðru við inndælingu stofnfrumna úr mönnum í svínafósturvísa. Þeir bíða enn eftir niðurstöðum úr fullri þroska fósturvísanna og eftir leyfi ríkis og sveitarfélaga til að halda starfi sínu áfram. Eins og er er þeim aðeins heimilt að láta svína-mannfósturvísana meðgöngu í 4 vikur, en þá verða þeir að fórna dýrinu. Þetta er samkomulag sem þeir hafa gert við eftirlitsyfirvöld sem fylgjast með tilraunum þeirra.

Izipusua Belmonte segir að teymi sitt einbeiti sér nú að því að rækta bris eða nýra, vegna þess að þeir hafa þegar greint genið sem kemur þróun þess af stað. Önnur gen eru ekki nærri eins einföld. Hjartað hefur til dæmis mörg gen sem bera ábyrgð á vexti þess, sem gerir það mun erfiðara að slá út með góðum árangri. Þetta þýðir að þessi hæfileiki til að rækta líffæri leysir kannski ekki endilega öll vandamál okkar við líffæraígræðslu, heldur kannski aðeins fyrir ákveðin líffæri, þau sem hægt er að stjórna þróun þeirra með einu geni (Scientific American).

Vandamálin

Izipusua Belmonte fjallar ítarlega um takmarkanir og styrkleika þessa sviðs í Scientific American grein sinni. Varðandi notkun svína sem staðgöngumöguleika, geta líffæri svína vaxið í hvaða stærð sem er sem þarf til að koma til móts við þann sem þarf á ígræðslu að halda, þannig að hægt sé að koma fyrir ýmsum byggingum. Hins vegar eru áhyggjur af meðgöngutíma svína, sem er aðeins 4 mánuðir, samanborið við 9 mánaða tímabil sem krafist er fyrir menn. Það væri því misræmi í aðgreiningartíma stofnfrumna úr mönnum, sem venjulega þurfa 9 mánaða tímabil til að þroskast. Vísindamenn yrðu að aðlaga innri klukku þessara manna stofnfrumna.

Annað vandamál felur í sér notkun iPSCs sem uppspretta stofnfrumna manna. Þó að forðast siðferðislegar áhyggjur og vera persónubundnari en fósturvísafrumur, eins og áður sagði, eru iPSCs minna barnalegar. Þetta þýðir að þessar stofnfrumur hafa nú þegar einhvers konar aðgreiningu og sýnt hefur verið fram á að fósturvísarnir sem eru að þróast hafna þeim sem framandi. Jun Wu, fræðimaður í genatjáningarrannsóknarstofunni við Salk Institute með Izipusua Belmonte, vinnur nú að leið til að meðhöndla iPSCs með vaxtarhormónum til að „bregðast á viðeigandi hátt við fjölbreyttari merkjum frá fósturvísum“. Izipusua Belmonte segir að hingað til hafi þeir sýnt vænlegan árangur að þessi meðferð eykur í raun líkurnar á aðlögun að blastocystunni. Þessi rannsókn er þó enn á frumstigi, þannig að heildar afleiðingarnar eru enn óþekktar, þó þær virðast lofa góðu.

Ennfremur eru enn miklu fleiri vandamál með þessar rannsóknir. Svín og menn eru ekki eins þróunarlega skyld og menn og rottur, sem hafa sýnt farsælan vöxt mannlegra líffæra hingað til. Hugsanlegt er að iPSCs úr mönnum hefðu getað lagað sig að því að geta ekki skynjað mun á nánum ættingjum, en ef svín eru lengra utan þess sviðs gæti samþætting í blastocyst verið ómöguleg. Í þessu tilviki verður að kanna aðra dýrahýsil frekar (Scientific American).

Siðferðissjónarmiðin

Það er alveg augljóst að það eru mjög öfgafullar siðferðislegar áhyggjur af þessari tegund tækni. Ég er viss um að þú hefur jafnvel hugsað um nokkra sjálfur þegar þú lest þetta. Vegna nýlegrar framkomu hennar í heimi vísindanna, vitum við ekki í rauninni alla breidd getu þessarar tækni. Það er mögulegt að samþætting manna iPSCs í fósturvísinum gæti breiðst út til annarra hluta líkamans, hugsanlega jafnvel heilans. Hvað gerist þegar við förum að finna taugar og vefi manna í heila svína, sem gerir svíninu kleift að rökræða hærra stig en meðalsvínið?

Þetta tengist áhyggjum við flokkun lifandi kímdýra. Myndi þetta svín teljast hálfmannlegt? Ef ekki, þá er það örugglega ekki bara svín, svo hvað þýðir það? Hvar drögum við mörkin? Einnig ef þetta svín inniheldur vefi úr mönnum gæti það mögulega verið viðkvæmt fyrir að þróa með sér sjúkdóma í mönnum, sem væri hörmulegt fyrir smit og stökkbreytingar smitsjúkdóma (Daily Mail).

Christopher Thomas Scott, doktor, forstöðumaður Stanfords áætlunar um stofnfrumur í samfélaginu, yfirrannsóknarfræðingur við Center for Biomedical Ethics og nú samstarfsmaður Nakauchi, útskýrir að starfsemi mannsins nær lengra en bara frumurnar í heilanum. Hann segir að „þeir ætla að haga sér eins og svínum, þeim mun líða eins og svínum“ og jafnvel þótt þau innihaldi heila úr mannsvef, þá myndu þau ekki allt í einu byrja að tala og virka sem manneskja. Það er hins vegar mikilvægt að hafa í huga að þetta er kannski ekki eins satt fyrir dýr sem eru líkari mönnum, eins og simpansar og górillur. Það er í þessum tilfellum sem slíkur flutningur yfir í mannsvef væri sérstaklega skelfilegur að íhuga. Það er vegna þessa að þessar tegundir tilrauna eru bannaðar af Heilbrigðisstofnuninni til að framkvæma á prímötum, þar sem fullkomnar afleiðingar innleiðingar stofnfrumna úr mönnum eru enn óþekktar (Modern Farmer).

Raunverulegt ferli fyrir þetta er að við ræktum bara svínið með það í huga að uppskera líffæri þess og drepa það er umdeilt efni í sjálfu sér. Hugmyndin um líffærabú snýr sérstaklega að dýraverndunarsinnum. Sýnt hefur verið fram á að svín deila meðvitundarstigi okkar og þjáningu (Modern Farmer), þannig að því er haldið fram að það sé afar ómannúðlegt að nota þau eingöngu til að vaxa líffæri manna, uppskera þau og láta þau deyja (Daily Mail).

Annað áhyggjuefni snýr að pörun milli kímerískra dýra. Ekki er vitað hvernig samþætting stofnfrumna manna í dýrið myndi hafa áhrif á æxlunarkerfi þessara dýra. Eins og í tilfelli heilans, er mögulegt að sumar þessara stofnfrumna gætu flutt til æxlunarfærisins í staðinn og búið til, í öfgafullum tilfellum, fullvirkt æxlunarfæri manna. Þetta væri algjörlega hörmulegt þar sem það myndi fræðilega leiða til myndunar fullkomlega mannlegra sæðisfruma og eggja í karl- og kvenkyns svínum með þennan eiginleika. Ef tvær af þessum kímerum myndu parast gæti þetta jafnvel leitt til enn öfgafyllra tilviks þar sem myndað yrði fullkomlega mannlegt fóstur inni í húsdýri (Scientific American)!