Kiaulės: padeda išspręsti organų persodinimo krizę

Kas 10 minučių kas nors įtraukiamas į nacionalinį transplantacijos laukiančiųjų sąrašą. Šiuo metu vien JAV kasdien šimtai tūkstančių pacientų laukia gyvybę gelbstinčio organo donorystės. Daugelis jų yra įvairių kepenų, širdies, inkstų ir kitų organų nepakankamumo stadijų. Tačiau kasdien 22 iš jų mirs laukdami transplantacijos, o JAV kasmet atliekama tik apie 6000 transplantacijų („Donate Life“). 

Nepaisant revoliucinės naudos, kurią organų transplantacija suteikė medicinos srityje, vis dar yra trūkumų. Organų poreikis gerokai viršija turimą kiekį (OPTN). Pagrindinis organų šaltinis yra iš mirusių donorų. Bet kas būtų, jei žmonėms nereikėtų mirti, kad kiti gyventų? O jei būtų būdas auginti šiuos organus?

Galimybė auginti žmogaus organus gyvūnų embrionuose pastaruoju metu sukėlė didelį susidomėjimą mokslinių tyrimų pasaulyje. Nacionalinis sveikatos institutas (NIH) 4 m. rugpjūčio 2016 d. paskelbė pareiškimą, kad jie skirs finansavimą eksperimentams su chimeromis, gyvūnų ir žmonių organizmais. Jie panaikino daugelį savo ankstesnių žmogaus kamieninių ląstelių tyrimų gairių, remdamiesi prielaidomis, kad chimeros „turi didžiulį potencialą ligų modeliavimui, vaistų testavimui ir galbūt organų transplantacijai“. Dėl šios priežasties pastaraisiais metais ir net mėnesiais nepaprastai išaugo žmogaus kamieninių ląstelių naudojimo gyvūnams tyrimai (Nacionalinis sveikatos institutas).

Idėja

Salko biologinių tyrimų instituto Genų ekspresijos laboratorijos profesorius Juanas Carlosas Izipusua Belmonte savo straipsnyje, kuris spalio mėn. rastas žurnale Scientific American, apibūdina savo laboratorijos metodus, kaip sukurti kiaulių žmogaus organą. Labiau aprašomasis šio tyrimo tikslas yra pakeisti organo prigimtį iš gyvūno į žmogų prieš jam pradedant vystytis ir leisti jam augti iki galo. Šiuo metu galime jį nuimti ir panaudoti persodinti žmonėms, kuriems pasireiškia organų nepakankamumas.

Pirmiausia jie panaikina kiaulės gebėjimą sukurti funkcinį organą, manipuliuodami jos genomu, naudodami CRISPR/Cas9 fermentus kaip „žirkles“, o tai pašalina geną, atsakingą už konkretaus organo sukūrimą. Pavyzdžiui, kasos atveju yra specifinis genas, vadinamas Pdx1, kuris yra visiškai atsakingas už visų gyvūnų kasos susidarymą. Ištrynus šį geną gyvūnas sukuriamas be kasos. Apvaisintam kiaušiniui leidžiant išaugti iki blastocistos, į ląstelę įvedamos indukuotos pluripotentinės kamieninės ląstelės (iPSC), turinčios ankstesnio ištrinto gyvūno geno žmogaus versiją. Kasos atveju tai būtų žmogaus kamieninių ląstelių, kuriose yra žmogaus Pdx1 genas, įterpimas. Tada šią blastocistą reikia implantuoti surogatinei motinai ir leisti vystytis. Teoriškai tai leidžia blastocistai subręsti iki suaugusio žmogaus ir suformuoti funkcionuojantį organą, tačiau žmogaus kilmės, o ne kiaulės (Scientific American).

Kur mes dabar esame?

2010 m. daktaras Hiromitsu Nakauchi iš Tokijo universiteto sėkmingai užaugino pelę su žiurkės kasa. Jie taip pat nustatė, kad naudojant iPSC, o ne embrionines kamienines ląsteles, gyvūnai gali sukurti naujus organus, kurie iš tikrųjų yra būdingi žmogui. Tai padidina transplantacijos sėkmės tikimybę, nes sumažina atmetimo tikimybę. Tai taip pat sumažina etinius rūpesčius, susijusius su darbu su embrioninėmis kamieninėmis ląstelėmis ir jų gavimu, o tai tebėra labai prieštaringas procesas dėl embrioninių kamieninių ląstelių paėmimo iš abortuotų vaisių audinių pobūdžio (Modern Farmer).

Juanas Carlosas Izipusua Belmonte taip pat teigia, kad mokslininkai jo laboratorijoje sėkmingai užaugino žmogaus audinį blastocistoje, kai į kiaulių embrionus buvo sušvirkštos žmogaus kamieninės ląstelės. Jie vis dar laukia visiško embrionų subrendimo rezultatų ir valstybės bei vietos valdžios leidimo tęsti savo darbą. Šiuo metu jiems leidžiama leisti kiaulių ir žmonių embrionams pastoti tik 4 savaites, o tada jie turi paaukoti gyvūną. Tai yra susitarimas, kurį jie sudarė su reguliavimo institucijomis, stebinčiomis jų eksperimentus.

Izipusua Belmonte sako, kad jo komanda šiuo metu daugiausia dėmesio skiria kasos ar inkstų auginimui, nes jie jau nustatė geną, kuris pradeda jo vystymąsi. Kiti genai nėra tokie paprasti. Pavyzdžiui, širdyje yra keli genai, atsakingi už jos augimą, todėl ją daug sunkiau sėkmingai išmušti. Tai reiškia, kad šis gebėjimas auginti organus nebūtinai gali išspręsti visas mūsų problemas, susijusias su organų persodinimu, bet galbūt tik tam tikrų organų, kurių vystymąsi gali reguliuoti vienas genas (Scientific American).

Problemos

Izipusua Belmonte savo straipsnyje „Scientific American“ išsamiai aptaria šios srities trūkumus ir stipriąsias puses. Naudojant kiaules kaip pakaitalą, kiaulių organai gali užaugti iki bet kokio dydžio, reikalingo, kad tilptų asmuo, kuriam reikia transplantacijos, todėl jie gali būti pritaikyti įvairioms konstrukcijoms. Tačiau susirūpinimą kelia kiaulių nėštumo laikotarpis, kuris yra tik 4 mėnesiai, palyginti su 9 mėnesių laikotarpiu, kurio reikia žmonėms. Todėl žmogaus kamieninių ląstelių diferenciacijos laikas nesutaptų, o joms subręsti paprastai reikia 9 mėnesių. Mokslininkai turėtų pritaikyti šių žmogaus kamieninių ląstelių vidinį laikrodį.

Kita problema susijusi su iPSC kaip žmogaus kamieninių ląstelių šaltiniu. Nors iPSC vengia etinių rūpesčių ir yra labiau specifinis asmeniui nei embrioninės ląstelės, kaip minėta anksčiau, iPSC yra mažiau naivūs. Tai reiškia, kad šios kamieninės ląstelės jau turi tam tikrą diferenciaciją ir buvo įrodyta, kad besivystantys embrionai jas atmeta kaip svetimas. Jun Wu, Salk instituto genų ekspresijos laboratorijos mokslininkas kartu su Izipusua Belmonte, šiuo metu ieško būdo, kaip iPSC gydyti augimo hormonais, kad „tinkamai reaguotų į platesnį embrioninių signalų spektrą“. Izipusua Belmonte teigia, kad iki šiol jie parodė daug žadančių rezultatų, kad šis gydymas iš tikrųjų padidina integracijos į blastocistą tikimybę. Tačiau šis tyrimas vis dar yra ankstyvoje stadijoje, todėl visos pasekmės vis dar nežinomos, nors atrodo daug žadančios.

Be to, su šiais tyrimais vis dar kyla daug daugiau problemų. Kiaulės ir žmonės nėra taip evoliuciškai susiję kaip žmonės ir žiurkės, kurių žmogaus organai iki šiol sėkmingai auga. Gali būti, kad žmogaus iPSC galėjo prisitaikyti ir nesugebėti suvokti artimų giminaičių skirtumų, tačiau jei kiaulės yra toliau už tos srities, integracija į blastocistą gali būti neįmanoma. Tokiu atveju teks toliau tyrinėti kitus gyvūnų šeimininkus (Scientific American).

Etinės problemos

Visiškai akivaizdu, kad su tokio tipo technologijomis kyla labai didelių etinių problemų. Esu tikras, kad skaitydami tai net pagalvojote apie keletą sau. Kadangi ji neseniai pasirodė mokslo pasaulyje, mes iš tikrųjų nežinome visų šios technologijos galimybių. Gali būti, kad žmogaus iPSC integracija į embrioną gali išplisti į kitas kūno dalis, galbūt net į smegenis. Kas nutinka, kai kiaulės smegenyse pradedame rasti žmogaus nervus ir audinius, leidžiančius kiaulei mąstyti aukštesnio lygio nei vidutinė kiaulė?

Tai susiję su gyvų chimerinių gyvūnų klasifikavimu. Ar ši kiaulė būtų laikoma pusiau žmogumi? Jei ne, tai tikrai ne tik kiaulė, tai ką tai reiškia? Kur nubrėžiame liniją? Be to, jei šioje kiaulėje yra žmogaus audinių, ji gali būti imli vystytis žmonių ligoms, kurios būtų pražūtingos infekcinių ligų perdavimui ir mutacijai (Daily Mail).

Christopher Thomas Scott, PhD, Stanfordo programos dėl kamieninių ląstelių visuomenėje direktorius, Biomedicininės etikos centro vyresnysis mokslo darbuotojas ir dabar Nakauchi kolega, aiškina, kad žmogaus veikla neapsiriboja tik smegenų ląstelėmis. Jis teigia, kad „jie elgsis kaip kiaulės, jausis kaip kiaulės“ ir net jei jose būtų smegenys, sudarytos iš žmogaus audinių, jos staiga nepradėtų kalbėti ir veikti kaip žmogus. Tačiau svarbu pažymėti, kad tai gali būti neteisinga gyvūnams, labiau panašiems į žmones, pavyzdžiui, šimpanzėms ir goriloms. Būtent tokiais atvejais apie tokį perkėlimą į žmogaus audinius būtų ypač baisu. Būtent dėl ​​šios priežasties Nacionalinis sveikatos institutas uždraudžia atlikti tokius eksperimentus su primatais, nes visos žmogaus kamieninių ląstelių įvedimo pasekmės lieka nežinomos (Modern Farmer).

Tikrasis procesas, kai mes tiesiog auginame kiaulę, siekdami paimti jos organus ir ją nužudyti, yra ginčų tema. Vargonų ūkių idėja ypač aktuali gyvūnų teisių aktyvistams. Įrodyta, kad kiaulės dalijasi mūsų sąmonės lygiu ir kenčia (šiuolaikinis ūkininkas), todėl teigiama, kad jų naudojimas tik žmogaus organų augimui, jų surinkimas ir palikimas mirti yra labai nežmoniška (Daily Mail).

Kitas rūpestis susijęs su chimerinių gyvūnų poravimusi. Nežinoma, kaip žmogaus kamieninių ląstelių integracija į gyvūną paveiktų šių gyvūnų dauginimosi sistemą. Kaip ir smegenų atveju, gali būti, kad kai kurios iš šių kamieninių ląstelių gali migruoti į reprodukcinę sistemą ir, kraštutiniais atvejais, sukurti visiškai funkcionuojantį žmogaus reprodukcinį organą. Tai būtų absoliučiai pražūtinga, nes teoriškai tai lemtų visiškai žmogaus spermatozoidų ir kiaušinėlių susidarymą kiaulių patinų ir patelių, turinčių šią savybę. Jei poruotųsi dvi iš šių chimerų, tai netgi gali sukelti dar ekstremalesnį atvejį, kai ūkinio gyvūno viduje susiformuotų visiškai žmogiškas vaisius (Scientific American)!