Cūkas: palīdz atrisināt orgānu transplantācijas krīzi

Ik pēc 10 minūtēm kāds tiek pievienots valsts transplantācijas gaidīšanas sarakstam. Patlaban ASV vien katru dienu simtiem tūkstošu pacientu gaida dzīvību glābjošu orgānu ziedošanu. Daudzi no tiem ir dažādās aknu, sirds, nieru un cita veida orgānu mazspējas stadijās. Taču katru dienu 22 no viņiem mirs, gaidot transplantāciju, un katru gadu ASV tiek veiktas tikai aptuveni 6000 transplantācijas (Donate Life). 

Neskatoties uz revolucionārajām priekšrocībām, ko orgānu transplantācija ir ieviesusi medicīnas jomā, tās procesā joprojām ir trūkumi. Pieprasījums pēc orgāniem ievērojami pārsniedz pieejamo daudzumu (OPTN). Galvenais orgānu avots ir no mirušiem donoriem. Bet kā būtu, ja cilvēkiem nebūtu jāmirst, lai citi varētu dzīvot? Ko darīt, ja būtu veids, kā mēs varētu audzēt šos orgānus?

Spēja audzēt cilvēka orgānus dzīvnieku embrijos nesen ir izraisījusi lielu interesi pētniecības pasaulē. Nacionālais veselības institūts (NIH) 4. gada 2016. augustā nāca klajā ar paziņojumu, ka nodrošinās finansējumu eksperimentiem ar himērām, kas ir dzīvnieku un cilvēku organismi. Viņi ir atcēluši daudzas savas iepriekšējās vadlīnijas par cilvēka cilmes šūnu pētniecību, pamatojoties uz pieņēmumiem, ka kimērām ir “milzīgs potenciāls slimību modelēšanā, zāļu testēšanā un, iespējams, orgānu transplantācijā”. Šī iemesla dēļ pētījumi par cilvēka cilmes šūnu izmantošanu dzīvniekiem pēdējos gados un pat mēnešos ir ārkārtīgi pieauguši (Nacionālais veselības institūts).

Ideja

Huans Karloss Izipusua Belmonte, Solkas Bioloģisko pētījumu institūta Gēnu ekspresijas laboratorijas profesors, savā rakstā, kas oktobrī tika atrasts žurnālā Scientific American, izklāsta viņa laboratorijas metodes cilvēka orgāna attīstīšanai cūkai. Šī pētījuma aprakstošāks mērķis ir mainīt orgāna dabu no dzīvnieka uz cilvēku, pirms tas sāk attīstīties, un ļaut tam izaugt līdz pilnam termiņam. Šobrīd mēs varam to novākt un izmantot transplantācijai cilvēkiem, kuriem ir orgānu mazspēja.

Sākumā viņi dzēš cūkas spēju izveidot funkcionālu orgānu, manipulējot ar tās genomu, izmantojot CRISPR/Cas9 enzīmus kā “šķēres”, kas izgriež gēnu, kas ir atbildīgs par konkrēta orgāna izveidi. Piemēram, aizkuņģa dziedzera gadījumā ir īpašs gēns, ko sauc par Pdx1, kas ir pilnībā atbildīgs par aizkuņģa dziedzera veidošanos visiem dzīvniekiem. Šī gēna dzēšana rada dzīvnieku bez aizkuņģa dziedzera. Ļaujot apaugļotajai olšūnai pēc tam izaugt līdz blastocistai, šūnā tiek ievadītas inducētas pluripotentas cilmes šūnas (iPSC), kas satur iepriekšējā dzēstā dzīvnieka gēna cilvēka versiju. Aizkuņģa dziedzera gadījumā tas būtu cilvēka cilmes šūnu ievietošana, kas satur cilvēka Pdx1 gēnu. Pēc tam šī blastocista jāimplantē surogātmātei un jāļauj tai attīstīties. Teorētiski tas ļauj blastocistai nobriest līdz pieaugušam cilvēkam un izveidot funkcionējošu orgānu, bet cilvēka izcelsmes, nevis cūkas (Scientific American).

Kur mēs esam tagad?

2010. gadā Dr. Hiromitsu Nakauči no Tokijas universitātes veiksmīgi izaudzēja peli ar žurkas aizkuņģa dziedzeri. Viņi arī noteica, ka iPSC izmantošana pretstatā embriju cilmes šūnām ļauj dzīvniekiem izveidot jaunus orgānus, kas faktiski ir specifiski cilvēkam. Tas palielina transplantācijas panākumu iespējamību, jo samazinās atgrūšanas iespēja. Tas arī mazina ētiskās bažas, kas saistītas ar darbu ar embriju cilmes šūnām un to iegūšanu, kas joprojām ir ļoti pretrunīgs process, jo embriju cilmes šūnas tiek iegūtas no abortētu augļu audiem (Modern Farmer).

Huans Karloss Izipusua Belmonte arī norāda, ka pētnieki viņa laboratorijā ir veiksmīgi izaudzējuši cilvēka audus blastocistā, kad cūku embrijos tika ievadītas cilvēka cilmes šūnas. Viņi joprojām gaida rezultātus pēc pilnīgas embriju nobriešanas un valsts un pašvaldību atļauju turpināt darbu. Šobrīd viņiem ir atļauts ļaut cūku un cilvēku embrijiem grūstīties tikai 4 nedēļas, un šajā laikā viņiem ir jāupurē dzīvnieks. Tā ir vienošanās, ko viņi ir noslēguši ar regulatīvajām iestādēm, kas novēro viņu eksperimentus.

Izipusua Belmonte saka, ka viņa komanda pašlaik koncentrējas uz aizkuņģa dziedzera vai nieru audzēšanu, jo viņi jau ir identificējuši gēnu, kas sāk tā attīstību. Citi gēni nav tik vienkārši. Piemēram, sirdij ir vairāki gēni, kas ir atbildīgi par tās augšanu, padarot to daudz grūtāk veiksmīgi izsist. Tas nozīmē, ka šī spēja audzēt orgānus var ne vienmēr atrisināt visas mūsu problēmas ar orgānu transplantāciju, bet varbūt tikai konkrētiem orgāniem, kuru attīstību var regulēt viens gēns (Scientific American).

Problēmas

Izipusua Belmonte savā Scientific American rakstā padziļināti apspriež šīs jomas ierobežojumus un stiprās puses. Izmantojot cūkas kā surogātu, cūkas orgāni var izaugt līdz jebkuram izmēram, kas nepieciešams, lai pielāgotos personai, kurai nepieciešama transplantācija, tādējādi pielāgojoties dažādām uzbūvēm. Tomēr bažas rada cūku grūsnības periods, kas ir tikai 4 mēneši, salīdzinot ar 9 mēnešu periodu, kas nepieciešams cilvēkiem. Tāpēc cilvēka cilmes šūnu diferenciācijas laiks, kuru nobriešanai parasti ir nepieciešams 9 mēneši, varētu atšķirties. Zinātniekiem būtu jāpielāgo šo cilvēka cilmes šūnu iekšējais pulkstenis.

Vēl viena problēma ir saistīta ar iPSC izmantošanu kā cilvēka cilmes šūnu avotu. Lai gan, kā minēts iepriekš, iPSC ir mazāk naivi, lai gan izvairās no ētiskām bažām un ir vairāk specifiski cilvēkiem nekā embrionālās šūnas. Tas nozīmē, ka šīm cilmes šūnām jau ir kāda veida diferenciācija, un ir pierādīts, ka embriji, kas attīstās, tos noraida kā svešus. Jun Wu, pētnieks Gēnu ekspresijas laboratorijā Salk institūtā ar Izipusua Belmonte, pašlaik strādā pie veida, kā ārstēt iPSC ar augšanas hormoniem, lai "atbilstoši reaģētu uz plašāku embriju signālu klāstu". Izipusua Belmonte saka, ka līdz šim viņi ir parādījuši daudzsološus rezultātus, ka šī ārstēšana faktiski palielina iespēju integrēties blastocistā. Tomēr šis pētījums joprojām ir agrīnā stadijā, tāpēc pilnīgas sekas joprojām nav zināmas, lai gan tās šķiet daudzsološas.

Turklāt ar šiem pētījumiem joprojām ir daudz vairāk problēmu. Cūkas un cilvēki nav tik evolucionāri radniecīgi kā cilvēki un žurkas, kas līdz šim ir pierādījuši veiksmīgu cilvēka orgānu augšanu. Iespējams, ka cilvēka iPSC varēja pielāgoties, lai nespētu uztvert atšķirības tuvajos radiniekos, taču, ja cūkas atrodas tālāk ārpus šīs jomas, integrācija blastocistā varētu būt neiespējama. Šajā gadījumā citi dzīvnieku saimnieki būs jāpēta tālāk (Scientific American).

Ētiskās bažas

Ir pilnīgi skaidrs, ka šāda veida tehnoloģijām ir dažas ļoti ārkārtējas ētiskas bažas. Esmu pārliecināts, ka jūs pat esat domājuši par dažiem, lasot šo. Tā kā tā nesen parādījās zinātnes pasaulē, mēs īsti nezinām visas šīs tehnoloģijas iespējas. Iespējams, ka cilvēka iPSC integrācija embrijā varētu izplatīties uz citām ķermeņa daļām, iespējams, pat smadzenēm. Kas notiek, kad mēs sākam atrast cilvēka nervus un audus cūkas smadzenēs, ļaujot cūkai būt spējīgai spriest augstāk nekā vidusmēra cūka?

Tas ir saistīts ar bažām ar dzīvo himērisko dzīvnieku klasifikāciju. Vai šī cūka tiktu uzskatīta par puscilvēku? Ja nē, tā noteikti nav tikai cūka, ko tas nozīmē? Kur mēs novelkam līniju? Turklāt, ja šajā cūkā ir cilvēka audi, tā var būt uzņēmīga pret cilvēku slimībām, kas varētu būt postošas ​​infekcijas slimību pārnēsāšanai un mutācijām (Daily Mail).

Kristofers Tomass Skots, PhD, Stenfordas programmas par cilmes šūnām sabiedrībā direktors, Biomedicīnas ētikas centra vecākais pētnieks un tagad Nakauči kolēģis, skaidro, ka cilvēka darbība sniedzas tālāk nekā tikai smadzeņu šūnas. Viņš norāda, ka "viņi rīkosies kā cūkas, viņi jutīsies kā cūkas" un pat tad, ja tajās būtu smadzenes, kas sastāv no cilvēka audiem, tās pēkšņi nesāktu runāt un darboties kā cilvēks. Tomēr ir svarīgi atzīmēt, ka tas var neattiekties uz dzīvniekiem, kas ir vairāk līdzīgi cilvēkiem, piemēram, šimpanzēm un gorillām. Šādos gadījumos šāda pārnešana uz cilvēka audiem būtu īpaši biedējoša. Tieši šī iemesla dēļ Nacionālais veselības institūts ir aizliedzis veikt šāda veida eksperimentus ar primātiem, jo ​​cilvēka cilmes šūnu ieviešanas pilnīgas sekas joprojām nav zināmas (Modern Farmer).

Faktiskais process, kurā mēs vienkārši audzējam cūku ar nolūku iegūt tās orgānus un nogalināt to, pats par sevi ir strīdīgs temats. Ideja par orgānu fermām īpaši attiecas uz dzīvnieku tiesību aktīvistiem. Ir pierādīts, ka cūkas dalās mūsu apziņas un ciešanu līmenī (Modern Farmer), tāpēc tiek apgalvots, ka to izmantošana tikai cilvēka orgānu augšanai, to novākšana un atstāšana nomiršanai ir ļoti necilvēcīga (Daily Mail).

Vēl viena problēma ir saistīta ar himēru dzīvnieku pārošanos. Nav zināms, kā cilvēka cilmes šūnu integrācija dzīvniekā ietekmētu šo dzīvnieku reproduktīvo sistēmu. Tāpat kā smadzenēs, iespējams, ka dažas no šīm cilmes šūnām varētu migrēt uz reproduktīvo sistēmu, ārkārtējos gadījumos radot pilnībā funkcionējošu cilvēka reproduktīvo orgānu. Tas būtu absolūti postoši, jo teorētiski tas izraisītu pilnībā cilvēka spermas un olšūnu veidošanos cūku tēviņiem un mātītēm ar šo īpašību. Ja divas no šīm himērām pāroties, tas varētu pat izraisīt vēl ekstrēmāku gadījumu, kad lauksaimniecības dzīvnieka iekšienē varētu izveidoties pilnībā cilvēka auglis (Scientific American)!