Свині: допомога у вирішенні кризи трансплантації органів

Кожні 10 хвилин хтось додається до національного списку очікування трансплантації. Тільки в США сотні тисяч пацієнтів щодня чекають донорства життєво важливих органів. Багато з них перебувають на різних стадіях недостатності печінки, серця, нирок та інших органів. Але щодня 22 з них помирають, очікуючи на трансплантацію, у США щороку виконується лише близько 6000 трансплантацій (Пожертвуй життя). 

Незважаючи на революційні переваги трансплантації органів у галузі медицини, у цьому процесі все ще є недоліки. Попит на органи значно перевищує наявну кількість (OPTN). Основним джерелом органів є померлі донори. Але що, якби людям не потрібно було вмирати, щоб інші жили? Що, якби існував спосіб, за допомогою якого ми могли б виростити ці органи?

Здатність вирощувати людські органи в ембріонах тварин нещодавно викликала великий інтерес у дослідницькому світі. 4 серпня 2016 року Національний інститут здоров’я (NIH) оприлюднив заяву про те, що вони нададуть фінансування для експериментів з химерами, організмами тварин і людей. Вони скасували багато своїх попередніх рекомендацій щодо дослідження людських стовбурових клітин, заснованих на тому, що химери «мають величезний потенціал для моделювання захворювань, тестування ліків і, можливо, можливої ​​трансплантації органів». Через це дослідження використання людських стовбурових клітин у тварин надзвичайно зросли за останні роки і навіть місяці (Національний інститут здоров’я).

Ідея

Хуан Карлос Ізіпусуа Бельмонте, професор лабораторії експресії генів Інституту біологічних досліджень Солка, описує у своїй статті, опублікованій у Scientific American у жовтні, методи його лабораторії з розробки людського органу у свині. Більш описова мета цього дослідження полягає в тому, щоб змінити природу органу від тварини до людини до того, як він почне розвиватися, і дозволити йому вирости до повного терміну. У цей час ми можемо зібрати його та використати для трансплантації людям, у яких виявлена ​​недостатність органів.

Для початку вони позбавляють свині здатності створювати функціональний орган, маніпулюючи її геномом за допомогою ферментів CRISPR/Cas9 як «ножиць», які вирізають ген, відповідальний за створення певного органу. Наприклад, у випадку підшлункової залози існує специфічний ген під назвою Pdx1, який повністю відповідає за формування підшлункової залози у всіх тварин. Видалення цього гена створює тварину без підшлункової залози. Дозволяючи заплідненій яйцеклітині потім вирости до бластоцисти, в клітину вводять індуковані плюрипотентні стовбурові клітини (iPSC), що містять людську версію попереднього видаленого гена тварини. У випадку підшлункової залози це буде вставка людських стовбурових клітин, що містять людський ген Pdx1. Цю бластоцисту потім потрібно імплантувати сурогатній матері та дати їй розвиватися. Теоретично це дозволяє бластоцисті дозріти до дорослої особини та сформувати функціонуючий орган, але людського походження, а не свині (Scientific American).

Де ми зараз знаходимося?

У 2010 році доктор Хіроміцу Накаучі з Токійського університету успішно виростив мишу з підшлункової залози щура. Вони також визначили, що використання iPSCs, на відміну від ембріональних стовбурових клітин, дозволяє тваринам створювати нові органи, які насправді є специфічними для людини. Це підвищує ймовірність успіху трансплантації, оскільки зменшує ймовірність відторгнення. Це також зменшує етичні проблеми, пов’язані з роботою та отриманням ембріональних стовбурових клітин, що залишається дуже суперечливим процесом через природу, в якій ембріональні стовбурові клітини збираються з тканин абортованих плодів (Modern Farmer).

Хуан Карлос Ізіпусуа Бельмонте також заявляє, що дослідники в його лабораторії успішно виростили людську тканину в бластоцисті після ін’єкції стовбурових клітин людини в ембріони свиней. Вони все ще чекають результатів повного дозрівання ембріонів, а також дозволу державних і місцевих органів влади на продовження роботи. На даний момент ембріонам свиней і людини дозволено виношувати лише 4 тижні, після чого вони повинні принести тварину в жертву. Це угода, яку вони уклали з регуляторними органами, які спостерігають за їхніми експериментами.

Ізіпусуа Бельмонте каже, що його команда зараз зосереджена на вирощуванні підшлункової залози або нирки, оскільки вони вже ідентифікували ген, який починає їх розвиток. Інші гени не такі прості. Серце, наприклад, має кілька генів, які відповідають за його ріст, що значно ускладнює його успішне вибивання. Це означає, що ця здатність вирощувати органи не обов’язково може вирішити всі наші проблеми з трансплантацією органів, але, можливо, лише для окремих органів, тих, розвиток яких може регулюватися одним геном (Scientific American).

Проблеми

Ізіпусуа Бельмонте детально обговорює обмеження та сильні сторони цієї галузі у своїй статті Scientific American. Що стосується використання свиней як сурогату, органи свині можуть зрости до будь-якого розміру, необхідного для розміщення особи, яка потребує трансплантації, таким чином пристосовуючи для різних конструкцій. Однак існує занепокоєння щодо періоду вагітності свиней, який становить лише 4 місяці, порівняно з 9-місячним періодом, необхідним для людей. Таким чином, буде розбіжність у часі диференціації стовбурових клітин людини, для дозрівання яких зазвичай потрібен 9-місячний період. Вченим доведеться адаптувати внутрішній годинник цих людських стовбурових клітин.

Інша проблема пов’язана з використанням iPSC як джерела стовбурових клітин людини. Незважаючи на те, що iPSC уникають етичних проблем і є більш специфічними для людини, ніж ембріональні клітини, як було зазначено раніше, iPSC менш наївні. Це означає, що ці стовбурові клітини вже мають певну форму диференціації, і було показано, що ембріони, що розвиваються, відкидають їх як чужорідні. Джун Ву, дослідник лабораторії експресії генів Інституту Солка разом із Ізіпусуа Бельмонте, зараз працює над способом обробки iPSC гормонами росту, щоб «належним чином реагувати на більш широкий спектр ембріональних сигналів». Ізіпусуа Бельмонте каже, що на сьогоднішній день вони показали багатообіцяючі результати, що таке лікування дійсно збільшує ймовірність інтеграції в бластоцисту. Однак це дослідження все ще знаходиться на ранніх стадіях, тому повні наслідки ще невідомі, хоча вони здаються багатообіцяючими.

Крім того, у цих дослідженнях є ще багато проблем. Свині та люди не так еволюційно пов’язані, як люди та щури, у яких на сьогоднішній день спостерігається успішний ріст людських органів. Цілком можливо, що iPSC людини могли адаптуватися до нездатності сприймати відмінності в близьких родичах, але якщо свині знаходяться далі за межами цього царства, то інтеграція в бластоцисту може бути неможливою. У цьому випадку інші тварини-господарі повинні бути досліджені далі (Scientific American).

Етичні проблеми

Цілком очевидно, що є дуже серйозні етичні проблеми з цим типом технології. Я впевнений, що ви навіть самі подумали про кілька, читаючи це. Через те, що ця технологія нещодавно з’явилася у світі науки, ми не знаємо повної широти можливостей цієї технології. Цілком можливо, що інтеграція iPSC людини в ембріон може поширитися на інші частини тіла, можливо, навіть на мозок. Що станеться, коли ми почнемо знаходити людські нерви та тканини в мозку свині, що дозволить свині бути здатною до більш високого рівня міркування, ніж середня свиня?

Це пов'язано з проблемами класифікації живих химерних тварин. Чи вважали б цю свиню напівлюдиною? Якщо ні, то це точно не просто свиня, то що це означає? Де ми проводимо межу? Крім того, якщо ця свиня містить людські тканини, вона може бути сприйнятливою до розвитку захворювань людини, що буде згубним для передачі та мутації інфекційних захворювань (Daily Mail).

Крістофер Томас Скотт, доктор філософії, директор Стенфордської програми зі стовбурових клітин у суспільстві, старший науковий співробітник Центру біомедичної етики, а тепер колега Накаучі, пояснює, що функціонування людини виходить за межі клітин мозку. Він стверджує, що «вони поводитимуться як свині, вони почуватимуться як свині», і навіть якби вони мали мозок із людської тканини, вони б раптом не почали говорити та функціонувати як люди. Однак важливо зазначити, що це може бути не так для тварин, більш схожих на людей, таких як шимпанзе та горили. Саме в цих випадках таке перенесення на тканини людини було б особливо страшним. Саме через це Національний інститут охорони здоров’я заборонив такі експерименти проводити на приматах, оскільки повні наслідки впровадження стовбурових клітин людини залишаються невідомими (Сучасний фермер).

Фактичний процес для цієї істоти, коли ми просто вирощуємо свиню з наміром забрати її органи та вбити її, сам по собі є предметом суперечок. Ідея органних ферм особливо хвилює захисників тварин. Було показано, що свині поділяють наш рівень свідомості та страждань (Modern Farmer), тому стверджується, що використання їх виключно для росту людських органів, збирання та залишення їх помирати є надзвичайно негуманним (Daily Mail).

Інше занепокоєння стосується спаровування химерних тварин. Невідомо, як інтеграція людських стовбурових клітин у тварину вплине на репродуктивну систему цих тварин. Як і у випадку з мозком, цілком можливо, що деякі з цих стовбурових клітин можуть замість цього мігрувати до репродуктивної системи, створюючи, у крайніх випадках, повністю функціональний репродуктивний орган людини. Це було б абсолютно катастрофічним, оскільки теоретично призвело б до утворення повністю людської сперми та яйцеклітин у самців і самок свиней із цією характеристикою. Якби дві з цих химер спаровувалися, це могло б навіть призвести до ще більш екстремального випадку, коли всередині сільськогосподарської тварини утворився б повністю людський плід (Scientific American)!