Poznámka redakce: Přihlaste se k odběru vědeckého zpravodaje CNN Wonder Theory. Prozkoumejte vesmír s informacemi o fascinujících objevech, vědeckém pokroku a dalších..
Vědci pěstovali ledviny obsahující většinou lidské buňky uvnitř prasečích embryí, což je důležitý krok směrem k růstu ledvin a potenciálně dalších lidských orgánů, které by mohly být použity pro transplantace u lidí.
Technika, popsaná v nové studii publikované ve čtvrtek ve vědeckém časopise Cell Stem Cell, zahrnuje úpravu genetické výbavy prasečích embryí a následné injekce lidských buněk, které pak uvnitř zvířat vytvoří ledvinu. Zúčastnění vědci uvedli, že to bylo poprvé, kdy se vědcům podařilo vypěstovat pevný humanizovaný orgán v rámci jiného druhu.
Embrya, která byla jednou implantována náhradním matkám, začala podle studie po 28 dnech vývoje produkovat ledviny obsahující hlavně lidské buňky s normální strukturou.
“Trvalo nám to pět let,” řekl hlavní autor studie Miguel Esteban, vedoucí výzkumník z Guangzhou Institute of Biomedicine and Health, Chinese Academy of Sciences.
“Geneticky jsme prase upravili, abychom vytvořili prostor pro růst lidských buněk s menší konkurencí prasečích buněk, a také jsme upravili lidské buňky, aby přežily v prostředí, které nebylo jejich přirozeným prostředím,” uvedl Esteban e-mailem.
Ledviny jsou nejčastěji transplantovanými orgány u lidí, podle organizace Organ Procurement and Transplantation Network čeká na transplantaci ve Spojených státech více než 88 500 lidí.
Cílem experimentálního výzkumu je pomocí této technologie vyrobit orgány z buněk jednotlivého pacienta, přičemž prasata budou v podstatě sloužit jako inkubátory, což by výrazně snížilo riziko odmítnutí. To by však mohlo trvat roky a byl by to složitý proces, upozorňují autoři.
„Nakonec bychom rádi vyrobili zralé lidské orgány, které lze použít k transplantaci nebo modelování onemocnění, ale to bude nějakou dobu trvat a pravděpodobně budeme čelit dalším technickým překážkám, jak budeme postupovat vpřed,“ řekl Esteban. “Přesto si myslíme, že je to možné.”
Tým také pracuje na vytvoření dalších lidských orgánů v prasečích embryích, včetně srdce a slinivky břišní.
“Příspěvek popisuje průkopnické kroky v novém přístupu k bioinženýrství orgánů využívajících prasata jako inkubátory pro růst a kultivaci lidských orgánů,” řekl Duško Ilič, profesor vědy o kmenových buňkách na King’s College of London v tiskové zprávě. Nebyl zapojen do výzkumu.
Organismus chiméry
Není to poprvé, co vědci vytvořili lidsko-prasečí chiméru, organismus obsahující DNA dvou různých druhů, pojmenovanou po bájné řecké příšeře. Tým vědců, včetně docenta Juna Wua z University of Texas Southwestern Medical Center, to udělal v roce 2017. Wu označil nejnovější studii za „povzbuzující“ a „významnou“.
Mary Garry, buněčná bioložka z Lillehei Heart Institute na University of Minnesota, vytvořila napůl lidská a napůl prasečí embrya s lidskou svalovou tkání a endotelem, membránou, která vystýlá krevní a srdeční cévy. Studie se neúčastnila.
“Je to poprvé, co byla hlášena humanizovaná ledvina a je důležité, aby byl každý model orgánu plně charakterizován,” řekla. “Je však nezbytné, aby bylo definitivně prokázáno, že tkáň/orgán je člověkem a v této studii to v tuto chvíli není jasné.”
Esteban řekl, že v humanizované ledvině byly také prasečí buňky, ale dominovaly lidské buňky, které představovaly 60–70 %.
“Je pozoruhodné vidět, že asi 60 % původních prasečích ledvin obsahovalo lidské buňky,” řekl Wu. chimérický příspěvek lidských buněk a jejich větší koncentrace v ledvinách.”
Pokud by bylo umožněno pokračování těhotenství, dodal Esteban, je možné, že podíl lidských buněk v ledvinách by se zvýšil a potenciálně by vytvořil celý orgán kromě cévního systému.
“Nakonec, produkce zralých ledvin (se všemi buňkami, které jsou lidské), by vyžadovala další genetickou manipulaci s hostitelským prasečím embryem, ale lze to udělat,” řekl.
Co výzkumníci udělali
K vytvoření ledvin složených převážně z lidských buněk u prasat vědci použili nejmodernější techniky využívající pokroky v kmenových buňkách, editaci genů a embryologii.
Nejprve použili úpravu genu CRISPR ke změně genetické výbavy prasečích embryí tak, že jim chyběly dva geny potřebné pro vývoj ledvin.
Za druhé, vědci zkonstruovali lidské pluripotentní buňky – které jsou široce používány v biologickém výzkumu a lze je přeměnit na jakýkoli typ lidských buněk – tak, aby se podobaly prvním lidským embryonálním buňkám, a vstříkli je do modifikovaného prasečího embrya.
Za třetí, vědci určili optimální laboratorní podmínky pro dodání správných živin a signálů do lidských a prasečích buněk, které mají různé potřeby. Po šesti nebo sedmi dnech poté implantovali vyvíjející se embrya náhradním prasnicím na 28 dní.
“Přimět buňky, aby se přizpůsobily prostředí prasečího embrya a věrně se diferencovaly do ledvinové linie, byla výzva,” řekl Esteban.
Když byly přemístěny do náhradních prasat, měly vyvíjející se humanizované ledviny „normální strukturu a tvorbu tubulů“ po 28 dnech, uvedl tým.
“Toto je ledvina ve střední fázi vývoje, tedy nedostatečně vyvinutá, a ne zralá ledvina,” řekl Esteban. „Přesto je to velmi velký krok vpřed, protože nás a další výzkumníky povzbuzuje k přesvědčení, že je možné vyrobit zralou ledvinu, jakmile budou překonány další technické překážky. »
Etické úvahy
Tento typ výzkumu obklopují etické úvahy. Patří mezi ně dobré životní podmínky zvířat a obavy, že lidské buňky se mohou podílet nejen na tvorbě ledvin, ale také v jiných tkáních uvnitř prasete, jako je jeho mozek, což zvyšuje možnost, že by tyto zážitky mohly ovlivnit chování zvířete.
“Hlavní obava by spočívala v tom, že by došlo k velkému příspěvku lidských buněk k nechtěným liniím a prasatům, která jsou přivedena do života, což jsme samozřejmě také neudělali,” řekl Esteban.
„Je velmi důležité poznamenat, že lidské buňky přispívají jen velmi málo k jiným liniím mimo ledviny. Viděli jsme velmi málo lidských buněk v centrálním nervovém systému a žádné v zárodečné linii (reprodukční buňky).
Dodal: „Jsme velmi ohleduplní v tom, co děláme, a postupujeme velmi opatrně a krok za krokem tímto výzkumem, abychom se vyhnuli jakékoli etické kontroverzi. »
Jiný přístup ke xenotransplantaci
Práce Estebana a jeho týmu je odlišný přístup ke xenotransplantaci – použití nehumánních tkání nebo orgánů k léčbě zdravotních problémů u lidí.
V posledních letech nejméně dva samostatné týmy výzkumníků transplantovaly prasečí ledviny lidem s mozkovou smrtí. Je však zapotřebí více práce, včetně studií na živých lidských příjemcích, aby se zjistilo, zda by transplantace ledvin prasat mohla poskytnout záchranné lano pro lidi s onemocněním ledvin v konečném stádiu.
“Tato (nová) práce se liší od stávajícího xenotransplantačního přístupu a jejím cílem je vytvořit u prasat orgány složené převážně z lidských buněk,” řekl Wu.
“V budoucích studiích bude přínosné obojí zkombinovat a obohatit geneticky modifikované prasečí orgány o lidské buňky, aby byly více podobné lidem.”
Joseph A. Vassalotti, hlavní lékař americké Národní nadace pro ledviny a klinický profesor na Icahn School of Medicine na Mount Sinai, řekl, že zatímco tyto přístupy inspirují úžas a nadšení, nejnovější výzkum představuje další krok v dlouhém procesu.
“Chválím výzkumníky za provádění komplexního a fascinujícího výzkumu, musíme pochopit širší obraz,” řekl Vassalotti e-mailem. “Pokud vývoj ‘humanizované’ ledviny u prasete a její transplantace člověku je ekvivalentem desetipatrové budovy, pak možná vyšetřovatelé přidali několik cihel.”
Pro více novinek a newsletterů CNN si vytvořte účet na CNN.com