Свинолюди, крысомыши и другие биотехнологические истории

  • 379
  • 1,1
  • 2
  • 1
Добавить в избранное
Рисунок Ольги Посух.

В древнегреческих мифах есть куча чудовищ, и в том числе химера — создание с головой льва, телом козы и хвостом змеи. В биологии это слово приобрело немножечко другой смысл — химерами называют организмы, состоящие из генетически разнородных клеток. И об этих-то химерах мы сейчас и поговорим.

В химерах кроется огромный потенциал. Если оставить за кадром нереалистичные пока идеи о боевых летающих слонах или мыслящих коварных крокодилах, химеры могут стать неоценимыми помощниками ученых сразу в нескольких областях.

Во-первых, с их помощью можно повыращивать всякие органы и ткани, на которых изучать эмбриональное развитие и дифференцировку тканей, а также использовать их как модели для изучения различных заболеваний.

Во-вторых, химеры между человеком и другими животными имеют величайший потенциал для трансплантологии.

Дело тут вот в чем. Любая трансплантация, то есть пересадка органа из одного организма в другой, — вражеское вторжение с точки зрения иммунитета организма-реципиента. Пересаженные клетки воспринимаются иммунными клетками хозяина как враги, захватчики — они не помечены «родными» молекулярными метками, значит, их надо как можно скорее уничтожить, пока не захватили власть у нас тут.

Поэтому, чтобы трансплантированный орган прижился, приходится подавлять иммунитет хозяина изо всех сил. И это сулит беды. Находясь в подавленном, сонном состоянии, иммунитет может проворонить настоящих захватчиков и не защитить организм от инфекции или рака. Пациенту после трансплантации приходится проводить долгие месяцы с подавленным иммунитетом в стерильной комнате, и даже после этого сохраняется риск отторжения имплантированного органа. Поэтому сейчас трансплантация — это опасный шаг, идти на который приходится, только приняв все меры безопасности, и только в том случае, если другого выхода нет.

Все было бы иначе, если бы человеку можно было пересадить его собственный орган, выращенный где-то вне его организма из его же собственных стволовых клеток. Мы ведь уже больше десяти лет умеем перепрограммировать дифференцированные клетки организма обратно в стволовые (они тогда называются индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками, ИПСК [1, 2, 3]), и кое-кто даже успел получить за это Нобелевскую премию [4].

Увы! Пока что ИПСК — это не панацея, а даже почти наоборот. Дело в том, что стволовым клеткам, чтобы вырасти во что им положено, нужны точные, очень точные, необычайно точные молекулярные подсказки. Череда сложных молекул в нужных концентрациях, нужных сочетаниях и в нужной последовательности должна добавляться к стволовым клеткам, чтобы клетки поняли, кем им надо стать.

Видимо, мы пока недостаточно знаем всю эту череду. И поэтому при выращивании органов «в пробирке», как бы тщательно мы ни старались добавлять к клеткам ростовые факторы в правильных концентрациях и в правильные моменты времени, ИПСК запутываются. Наверное, они не включают в себе одни молекулярные каскады, не выключают другие, и в результате крайне велика оказывается вероятность того, что в искусственно выращенном органе разовьется раковая опухоль. А это для лечения болезни все равно что для пожарного ремесла тушить огонь бензином.

Но что, если вырастить органы из ИПСК не в пробирке, а сразу в организме, только не человеческом, а другого животного? Тогда ИПСК будут окружены как раз теми веществами, какими надо, потому что вещества эти будут не добавляться искусственно, а выделяться окружающими пересаженные ИПСК клетками. И опасность развития из ИПСК рака, возможно, будет снята. Такой подход — это, можно сказать, Святой Грааль трансплантологии, потому что позволяет решить одни большие проблемы, не создавая при этом других больших проблем.

Загвоздка в том, что это оооочень сложно. Чтобы вырастить химеру с нужным «химерным» органом, надо взять совсем маленький эмбриончик (который еще не умеет отличать «свои» клетки от «чужих»), нарушить у него развитие соответствующего органа (чтобы не было конкуренции!), подсадить ему в нужное место ИПСК, а потом его самого подсадить в матку животного его вида и позволить ему там развиться.

Идея о выращивании таких химер будоражит ученых уже много лет, однако серьезных результатов до недавнего времени видно не было. Но вот на прошлой неделе сразу в двух топовых журналах — Nature и Cell — появились статьи об удачных экспериментах по выращиванию подобных химер.

В Nature опубликовалась японская группа, которая сделала, так сказать, химеризацию полного цикла [5].

Во-первых, ребята получили ИПСК из мышей.

Во-вторых, с помощью довольно замороченной методики редактирования генома под названием TALEN создали крысиные бластоцисты (это такая ранняя стадия эмбрионального развития), у которых не могла развиться поджелудочная железа.

В-третьих, добавили к этим бластоцистам полученные в первом пункте ИПСК. Получившиеся химерные бластоцисты подсадили в матки крыс и вырастили из них крыс с мышиной поджелудочной — то есть искомых химер.

В-четвертых, из получившихся химер вырезали поджелудочную железу, а из нее выделили островки Лангерганса, в которых водятся так называемые бета-клетки, производящие инсулин.

Наконец, в-пятых, взяли и пересадили эти островки мышам, страдающим диабетом (надо отметить, что диабет у мышей появился не просто так, а потому, что бета-клетки у них убили особым ядом, стрептозоцином). Мыши перестали страдать диабетом, и при этом к ним не пришлось применять иммуносупрессию, то есть, Святой Грааль трансплантологии был найден. Ну, по крайней мере, для мышей.

Работа, конечно, отличная, но ребята из американского института Солка, опубликовавшие свою статью в недавнем номере Cell [6], кое в чем заткнули японцев за пояс. Они использовали для «убирания» неугодных органов из бластоцисты не громоздкую методику TALEN, а более изящную и гибкую — CRISPR [7]. Благодаря этому они смогли не ограничиться поджелудочной (поджелудочная — это немножко мейнстрим), а вырастить в мышиных эмбрионах еще и крысиные глаза и сердце (правда, вопрос о том, до какого возраста доросли эмбрионы, в их статье деликатно замалчивается).

Но на этом исследователи не остановились. Они создали химеры свиньи и человека.

Сделали они это так (выглядит просто, на деле — чертовски сложно): получили бластоцисты свиней, вживили в них человеческие стволовые клетки на подходящих стадиях развития и подсадили в свиную матку. Поскольку выращивание свиней с человеческими клетками — неоднозначное занятие с точки зрения этики (не станут ли свиньи мыслящими?), исследователи не стали заходить слишком далеко и умертвили эмбрионы на 3–4 неделе развития, а затем проверили, что клетки человека в них сохранились и приумножились. Проверили они это, во-первых, изучив флуоресценцию (человеческие стволовые клетки они сделали флуоресцентными), во-вторых, прогенотипировав различные клетки эмбриона на присущие только человеку последовательности, а в-третьих, с помощью иммуногистохимии (то есть проверки наличия на клетках эмбрионов присущих человеку белков). Выяснилось, что человеческие клетки в эмбрионах, конечно, есть, но их мало: куда меньше, чем в химерах между мышью и крысой. Видимо, связано это с тем, что слишком уж люди эволюционно далеки от свиней.

Это, конечно, только первый шаг, и до мыслящих свиней (как и до свиней — доноров человеческих органов) надо еще работать и работать. Но уже можно сказать, что данные работы поднимают целую толпу технических, а главное — этических вопросов.

Свинолюди и крысомыши

Рисунок Ольги Посух. Чтобы увидеть рисунок в полном размере, нажмите на него.

Литература

  1. Была клетка простая, стала стволовая;
  2. Снежный ком проблем с плюрипотентностью;
  3. В поисках клеток для ИПСК — шаг за шагом к медицине будущего;
  4. Нобелевская премия по физиологии и медицине (2012): индуцированные стволовые клетки;
  5. Yamaguchi T., Sato H., Kato-Itoh M., Goto T., Hara H., Sanbo M. et al. (2017). Interspecies organogenesis generates autologous functional islets. Nature542, 191–196;
  6. Wu J., Platero-Luengo A., Sakurai M., Sugawara A., Gil M.A., Yamauchi T. et al. (2017). Interspecies chimerism with mammalian pluripotent stem cells. Cell168, 473–486.e15;
  7. Просто о сложном: CRISPR/Cas.

Комментарии

Вас также может заинтересовать