Esimest korda kasvatatakse siirdamiseks mõeldud inimorganeid sigadel

Teadlaste meeskond on edukalt tootnud esimese kimäärse embrüo, mis ühendab inimese ja sea rakud, et kasvatada teises liigis humaniseeritud tahket organit. Sigade surrogaatidesse siirdamisel sisaldasid arenevad humaniseeritud neerud 50–60% inimese rakke ning neil oli 28 päeva pärast tiinuse lõppemist normaalne struktuur ja tuubulite moodustumine.

Selle läbimurde, mida teadlaste meeskonnad üle maailma kaua oodanud, saavutas Guangzhou Biomeditsiini ja Terviseteaduste Instituudi (Hiina) meeskond. Nende hulgas on Hispaania teadlane Miguel A. Esteban, kes on ministeeriumi programmidirektor. teadusest. Hiina tehnoloogia ja kõrgetasemelised väliseksperdid.

Varasemad uuringud on kasutanud sarnaseid meetodeid inimkudede (nt seavere ja skeletilihaste) loomiseks, kuid see on esimene kord, kui teises liigis kasvatatakse tahket humaniseeritud organit. Uuring avaldatakse ajakirjas Cell Stem Cell.

Viimasel kümnendil on selles suunas tegutsenud Hispaania teadlase Juan Carlos Izpishua meeskond. Tema töö demonstreerib kahe pealtnäha sarnase, kuid geneetiliselt väga erineva liigi, nagu hiired ja rotid, ristumise võimalust, mis võib viia hiire elundite, näiteks sapipõie arenguni, mida rottidel ei ole.

Seda joont jätkates avaldas professor Izpisua 2017. aastal koostöös Murcia katoliku ülikooliga esimesed kimäärsed inimembrüod suurtel loomadel, eriti sigadel, Cell. Selle liigi emasloomadele siirdamisel lasti neil kasvada kuni 3 nädalat, kuna Hispaanias ei ole jätkamine juriidiliselt võimalik. Riikliku siirdamisteenistuse asutaja Raphael Matesans ütles Science Media Centerile, et ühtegi elundit ei moodustata, sest eesmärk on vaid tõestada, et inimrakke saab inkorporeerida mitteinimliigi hulka.

Juba siis oli uurimistöö jätkamisel välja toodud tõsiseid probleeme. Teisest küljest on selle tehnika tõhusus madal, kuna siirdati vaid veidi üle 1% ülekantud embrüotest, mis on selle eesmärgi jaoks väga madal. Teisest küljest eeldab sigade neerude ja muude humaniseeritud elundite arenemine, et sead ise ei areneks, mis nõuab põhjuslike geenide allasurumiseks spetsiaalseid manipuleerimisi.

See uus uuring näib olevat lahendanud paljud neist takistustest.

Inimese tüvirakke on olnud raske sigade embrüotesse integreerida, kuna searakud on inimese rakkudest paremad ning sea ja inimese rakkudel on erinevad füsioloogilised vajadused. “Me töötame mehhanismi kallal, et ületada liikidevaheliste kimääride äärmiselt madal efektiivsus,” selgitab juhtiv autor Guangjin Pan Guangzhou Biomeditsiini Tervise Instituudist. “Oleme tuvastanud paar võtmetegurit, mis hõlbustavad kimääride moodustumist liikide vahel, edendades rakulist konkurentsi.”

“Meie meetod parandab inimese rakkude integreerumist retsipientide kudedesse ja võimaldab sigadel inimorganite kasvu,” kirjutab ta. Seni ütleb uuringu juhtiv autor Liangxue Lai Guangzhou Biomeditsiini ja Tervise Instituudist, Hiina Teaduste Akadeemiast ja Wuyi ülikoolist.

miks neerud?

Teadlased keskendusid neerudele, kuna see on üks esimesi organeid, mis areneb ja on ka kõige sagedamini siirdatud organ inimestele.

Esiteks lõid teadlased sea embrüo sisse niši, et inimrakud ei peaks tehnoloogia pärast searakkudega konkureerima. CRISPR-i geeni redigeerimine muutis geneetiliselt muundatud üherakulisi sea embrüoid, et kustutada kaks neeru arenguks vajalikku geeni.

Seejärel modifitseerisid nad inimese pluripotentseid tüvirakke (rakud, mis võivad muutuda mis tahes tüüpi rakkudeks), et ajutiselt välja lülitada apoptoos, muutes need hõlpsamini integreeritavaks ja vähem altid enesehävitamiseks. Seejärel muutsid nad spetsiaalses söötmes kasvatades need “naiivseteks” rakkudeks, rakkudeks, mis nägid välja nagu varajased inimese embrüonaalsed rakud.

Lõpuks, enne arenevate embrüote ülekandmist emistele, kasvatasid teadlased kimääre tingimustes, mis olid optimeeritud nii inimese kui ka sea rakkudele ainulaadsete toitainete ja signaalide pakkumiseks. Seda seetõttu, et neil rakkudel on sageli erinevad vajadused.

Teadlased kandsid 13 surrogaatemale kokku 1820 embrüot. 25 või 28 päeva pärast rasedused katkestati ja embrüod koguti, et hinnata, kas kimäärid olid võimelised looma humaniseeritud neere.

Kokku analüüsiti 5 kimäärset embrüot (2 25 päeva pärast implanteerimist ja 3 28 päeva pärast implanteerimist) ja nende neerud olid struktuurselt normaalsed ja koosnesid 50–60% inimese rakkudest, olenevalt arengujärgust. Seda kinnitati

25.-28. päeval olid neerud mesonefrilises staadiumis (neeru arengu teine ​​staadium). Nad moodustasid neerutorukesed ja sugurakud, millest lõpuks said neerud ja põit ühendavad kusejuhad.

Matesantsz hoiatab, et inimese ja looma hübriidide loomine seisab enamikus riikides silmitsi tõsiste eetiliste ja juriidiliste probleemidega. Nii avaldasid samad autorid 2019. aastal ajakirjas Nature inim-ahvi hübriidembrüote tootmise, kuid viisid uurimistöö Hiinasse (mis polnud võimalik ei USA-s ega Hispaanias) ja viisid katse 14. nädalale. Peatuge See on aeg, mil algab kesknärvisüsteemi areng ja see on täis ohte.

Selles uues uuringus uuriti, kas inimrakud esinevad teistes loote kudedes, eriti närvi- ja idukudedes, kus inimrakke leiti ohtralt, mis võib olla eetiline, kui sigade tähtaeg saabub. Andmed näitasid, et inimese rakud leiti enamasti neerudes, ülejäänud embrüo koosnes searakkudest.

Pikaajaline eesmärk on optimeerida inimorganite siirdamise tehnoloogiat, kuid nad tunnistavad, et ülesanne on keeruline ja võib võtta aastaid.

“Leidsime, et kui sea embrüos loodi nišš, rändasid inimrakud loomulikult sellesse ruumi,” selgitab juhtiv autor Zhen Dai. “Ajus ja seljaajus oli vähe inimese neuroneid ja suguelundite harjas ei olnud inimrakke,” ütles ta, viidates, et inimese pluripotentsed tüvirakud ei diferentseerunud sugurakkudeks.

Teadlaste sõnul saab sellest mööda hiilida, eemaldades inimese pluripotentsetest tüvirakkudest teised geenid, mida saaks tulevastes uuringutes testida.

Olles optimeerinud inimese ja sea kimäärides humaniseeritud neerude kasvatamise tingimusi, tahavad teadlased näha, mis juhtub neerude edasise kasvatamisega.

Ta uurib ka teiste inimorganite, näiteks südame ja kõhunäärme tootmist sigadel.

Pikaajaline eesmärk on optimeerida inimorganite siirdamise tehnoloogiat, kuid nad tunnistavad, et ülesanne on keeruline ja võib võtta aastaid.

Kuna elundid koosnevad mitmest raku- ja koetüübist, on sigadel täielikult funktsionaalsete humaniseeritud elundite väljatöötamiseks vaja mitmeid täiendavaid samme. Selles uuringus lõid teadlased nišše ainult rakkude alamhulgasse. See tähendab, et neerus on sigadest pärinevad vaskulaarsed rakud, mis võivad siirdamise stsenaariumi korral põhjustada elundi äratõukereaktsiooni.

“Kuna elundid ei koosne ühest rakuliinist, nõuaks täielikult inimese elundi loomine tõenäoliselt keerukamat sigade kujundamise viisi, mis tekitab ka täiendavaid väljakutseid. Ma teen,” ütleb ta. Miguel A. Esteban.

“See meetod annab võimaluse uurida inimarengut, enne kui jõuame kliinilises keskkonnas järjestatavate elundite valmistamise lõppfaasi,” selgitab Esteban. “Võttes jälgida ja manipuleerida inimrakke, mida me süstime, saame uurida, kuidas haigused ja rakuliinid tekivad.”

Vaatamata autorite endi tõdemusele, et tehnoloogia kliiniline kasutamine on aastate kaugusel, ütles Matesantsz: “See on väga oluline saavutus siirdamiseks mõeldud elundite piiramatu tootmise saavutamisel.”

Lisa kommentaar