4 августа 2016 года Национальные институты здоровья США (NIH) заявили, что собираются отменить мораторий на создание химер. Речь идет о спорных с точки зрения этики экспериментах, в которых человеческие стволовые клетки вводят в эмбрионы животных - в результате формируются организмы, сочетающие животные и человеческие черты. Ученые называют их химерами.
В Древней Греции химерами называли мифологических чудовищ с головой и шеей льва, туловищем козы и хвостом змеи. Такими же химерами являются организмы с генетически разнородным материалом. Они могли бы служить удобными биологическими моделями для изучения различных заболеваний - например, рака или нейродегенеративных синдромов, могли бы стать источником органов для трансплантации. Однако стоит экспериментальной биологии вплотную подойти к научной фантастике, у общественности возникают опасения, что это может привести к непредвиденным последствиям.
При создании химер используют стволовые клетки, обладающие свойством плюрипотентности. Иными словами, они способны превратиться во все клетки человеческого зародыша. Клетки внедряют в ткани эмбриона модельных организмов (мышей, крыс, обезьян, свиней и других животных) на очень ранних стадиях, после чего эмбриону позволяют развиваться дальше. В сентябре 2015 года NIH выразили беспокойство тем, что если стволовые клетки введут в мозг мышей, в результате могут получиться грызуны с измененными когнитивными способностями - то есть появятся животные со «сверхинтеллектом». Поэтому NIH, которые вручают гранты на биомедицинские исследования, решили приостановить финансирование экспериментов с химерами, пока их эксперты не изучат этический вопрос.
Тем не менее некоторые исследовательские группы в США уже вовсю занимались созданием химер. MIT Technology Review сообщает, что за 2015 год было предпринято около 20 попыток получения химер свинья-человек и овца-человек. К сожалению, ни одна научная работа до сих пор не была опубликована, а сообщений об успешном получении животных с человеческими тканями не было.
Эксперименты с химерными организмами объединяют как генную инженерию, так и биологию стволовых клеток. Мало просто внедрить плюрипотентные клетки в эмбрион животного, поскольку в таком случае может получиться организм с катастрофическими нарушениями в развитии. Ученые обычно «выключают» гены в зародышах таким образом, что они не могут образовать специфические ткани. В этом случае стволовые клетки берут на себя задачу по формированию недостающего органа, который ничем не отличается от человеческого, что делает его подходящим для трансплантации.
По свидетельству кардиолога Дэниела Гэрри (Daniel Garry), в его лаборатории были проведены первые испытания данного метода. Исследователи спроектировали свиней, у которых отсутствовали некоторые скелетные мышцы и сосуды. Такие животные были бы нежизнеспособными, однако ученые добавили в эмбрионы стволовые клетки от другого зародыша свиньи. Результаты так впечатлили вооруженные силы США, что они предоставили Гэрри грант в 1,4 миллиона долларов на выращивание человеческих сердец у свиней. Ученый собирался продолжить свои исследования, несмотря на мораторий NIH, и был одним из 11 авторов, которые опубликовали письмо с критикой решения биомедицинского центра.
Ученые заявили, что мораторий, введенный NIH, представляет угрозу для развития биологии стволовых клеток, биологии развития и регенеративной медицины, и высказали сомнения в том, что с помощью стволовых клеток возможно получить «очеловеченное» животное с высоким интеллектом. В частности, они указали, что эксперименты в области ксенотрансплантации, в которых нервные клетки людей внедряют в головной мозг мышей, не привели к появлению слишком умных грызунов.
Изображение: Nakauchi et al. / The University of Tokyo
В качестве меры предосторожности некоторые исследователи, работающие над созданием химер, не позволяют своим созданиям родиться. Эмбриологи изучают зародыши с целью получения информации о том, насколько велик вклад человеческих стволовых клеток в развитие плода. Тем не менее, несмотря на то, что отдельные лаборатории перестраховываются, химерные животные уже существуют - например, мыши, наделенные иммунной системой человека. Такие животные создаются через внедрение клеток печени и тимуса от абортированных человеческих зародышей в организм уже рожденных грызунов.
Наибольший интерес для ученых представляет создание химер на стадии бластоцисты, когда плод представляет собой шар, состоящий из нескольких десятков клеток. Этот метод называется комплементацией эмбриона (embryo complementation). В 2010 году исследователям из Японии удалось создать мышей, поджелудочная железа которых полностью состояла из клеток крысы. Хиромицу Накаучи (Hiromitsu Nakauchi), ведущий автор работы, позднее решил создать «свинью-человека», для чего ему пришлось переехать в США, поскольку научные комитеты в Японии не одобряют подобные эксперименты. Сейчас ученый работает в Стэнфордском университете на грант от Калифорнийского института регенеративной медицины. По его словам, большинство плюрипотентных клеток, введенных в эмбрионы в его лаборатории, сделаны из его собственной крови, поскольку бюрократические барьеры мешают набору добровольцев со стороны.
Большинство людей, услышав слово «химера», представляют монстров, созданных безумными учеными. Ученым предстоит доказать, что человеческие клетки действительно могут размножаться и формировать полноценные и здоровые органы в животных. Мыши и крысы довольно близки генетически, поэтому создание химер в данном случае не представляет проблемы. В случае людей и свиней, общий предок которых жил 90 миллионов лет назад, все может быть по-другому.
Ученые уже проверяют комплементацию эмбриона свиньи человеческими стволовыми клетками, однако исследования начались только после одобрения трех комиссий по биоэтике. Стэнфордский университет, в котором проводятся исследования, ограничил время развития зародышей 28 днями (поросята рождаются на 114 день). Тем не менее плод будет достаточно развитым, чтобы можно было определить, насколько правильно формируются зачатки органов.
На прошлой неделе в NIH предложили заменить мораторий дополнительной экспертизой, которую будет проводить комитет, состоящий из специалистов по вопросам этики и экспертов по защите животных. Они будут учитывать такие факторы, как тип человеческих клеток, место их размещения в эмбрионе, а также возможные изменения в поведении и внешнем виде животного. Выводы экспертов помогут NIH решить, стоит ли финансировать рассмотренный проект.
1. Первое скрещивание подобного типа было успешно проведено в лаборатории Шанхая в 2003 году. Команда ученых использовала генетический материал человека и кролика . Зародыши развились до этапа формирования стволовых клеток, чего и добивались ученые: такой материал требовался для того, чтобы в перспективе выращивать человеческие органы. Это не первый случай, когда ученые решались на подобные эксперименты. Исследователи из США пытались провести похожий опыт гораздо раньше, но их эксперимент не увенчался успехом.
2. Некоторые исследователи утверждают, что в далеком 1967 году китайские ученые уже проводили опыты по созданию пугающего гибрида. Целью экспериментов было оплодотворение самки шимпанзе человеческой спермой. Однако в планы ученых вмешалась разгоревшаяся в Китае культурная революция, и проект был приостановлен. И это к лучшему: потенциальная жизнь такого существа обречена на пожизненное заключение в стенах экспериментальных лабораторий.
3. Клиника Мэйо в Миннесоте использовала генетический материал человека и успешно создала первую гибридную свинью . Цель эксперимента — изучить, как будут взаимодействовать клетки человека и свиньи. В результате ученые вывели новое животное, которое, впрочем, ничем внешне не отличалось от своих собратьев. Но группа крови была уникальной: в природе ничего подобного еще не было.
4. В 2009 году российские и белорусские генетики совместно модифицировали коз для производства грудного молока человека. В перспективе трансгенные козы помогут создавать лекарственные средства и продукты питания из нового молока, по составу близкого к человеческому. Вскоре после этого команда китайских ученых использовала целое стадо крупного рогатого скота для похожих экспериментов. Цель состояла в том, чтобы получить возможность конвейерного производства грудного человеческого молока. Появится ли диковинка в супермаркетах — узнаем в ближайшем будущем.
5. Одна из самых больших идей в мире биотехнологий сегодня — это возможность выращивания животных с человеческими органами , которые могли бы быть донорами для больных по всему миру. Однако во многих странах столь не гуманное отношение к живым существам порицается. Профессор Хиромицу Накаучи покинул Японию и переехал в США, чтобы работать над подобным проектом. Пока ученым удалось вырастить мышиные органы в теле крысы. Тем не менее, это прогресс, и Накаучи настаивает, что с каждым днем команда ученых все ближе подходит к заветной цели.
6. В 2010 году в Институте биологических исследований Salk создали мышь с печенью, практически идентичной человеческой . С помощью этого эксперимента ученые изучали малярию и гепатиты В, С, которыми могут болеть лишь человек и шимпанзе. Эксперименты на родственных человеку животных вызывают бурную реакцию общественности, а мыши с человеческими органами позволяют ученым избежать эту проблему. Ученые полагают, что их исследования приведут к новым прорывам в медицине.
7. В 2007 году в Йельском университете провели терапию с помощью трансплантации стволовых клеток человека. В результате обезьяны, страдавшие болезнью Паркинсона , смогли ходить, есть и двигаться лучше, чем это было раньше. Однако с этической точки зрения эксперимент вызывает множество непростых вопросов. Человеческие клетки «мигрировали» в мозг обезьян, фактически изменив особенности функционирования головного мозга. Такие опыты неизбежно заставляют ученых задуматься: где пролегает та грань, после которой вмешательство в чужой организм приводит к изменению самой его сущности?
К такому выводу вполне можно прийти после успешного смелого эксперимента, который специалисты провели в КНР. Его главная цель – опробование возможностей по выращиванию органов для трансплантации их человеку.
Китайские учёные скрестили свинью с приматами. Таким образом, им, фактически удалось то, что ранее считалось невероятным. Следовательно, совершенно не исключается и то, что в далёкое время химеры, действительно, существовали.
Группе специалистов удалось скрещивание клеток свиньи и приматов. Согласно последней поступившей информации, двум поросятам удалось родиться живыми. Однако, их смерть после этого наступила на протяжении всего одной недели.
Главным в данном эксперименте является то, что ранее никогда в истории не рождались полностью доношенные химеры. Это может стать значительным шагом в обеспечении человечества органами для необходимых трансплантаций.
Однако, судя по всему, достижение этой цели является ещё очень нескорым делом.
Китайские учёные сначала занялись модифицированием клеток обезьян для продуцирования специфического флуоресцентного белка. Это позволило специалистам отслеживание генетических клеток их потомства.
Затем, они занялись извлечением эмбриональных стволовых клеток из модифицированных. Это было сделано для их введения в эмбрионы свиньи через пять дней после того, как произошло её оплодотворение.
Сообщается, что всего свиноматкам специалисты ввели больше, чем четыре тысячи полученных таким образом эмбрионов.
В итоге, свиньи-самки произвели на свет десять поросят. У двоих из них были оба типа клеток. Фактически, они являлись самыми настоящими химерами.
В итоге, исследователи отмечают, что у появившихся на свет химер часть тканей и, в том числе, ткани сердца, печени, селезенки, легких и кожи состояли из обезьянних клеток. Впрочем, их соотношение было достаточно низким.
Также китайская наука пока затрудняется дать ответ на то, в чём же на самом деле заключалась причина неожиданной смерти новорожденных и вполне выношенных поросят.
Однако, отмечается и то, что в то же самое время умерли и другие поросята, рождённые в ходе эксперимента и не являвшиеся химерами. Учёные склонны предполагать, что причина этого заключаться в особых процессах, связанных с ЭКО.
Давно известно, что данный метод у животных работает не столь качественно, как у людей. Однако, не взирая на это, специалисты собираются продолжить свой смелый эксперимент.
При этом они предполагают использовать гораздо большее количество обезьянних клеток. Очередная попытка будет иметь своей целью создание полностью здоровых и жизнеспособных животных.
Главная задача заключается в том, что бы у них один из органов полностью состоял из клеток приматов. Тогда это будет настоящий прорыв в возможностях трансплантации.
