Ученые успешно создают химеры человека и свиньи в результате противоречивого открытия

Биологи неоднократно предлагали решить проблему нехватки донорских органов с помощью животных. Здесь может быть несколько решений. Вы можете пересадить собственный орган животного, но иммунная система человека не всегда соглашается с этим.

Вы можете генетически модифицировать животное, чтобы его клетки больше походили на человеческие. Однако пока не ясно, насколько безопасны гуманизированные органы – например, они могут нести встроенные вирусы, потенциально заразные для человека.

Наконец, животное можно использовать как инкубатор, в котором будут расти человеческие органы. Для этого необходимо создать химерный зародыш, в котором большинство клеток будет принадлежать самому животному, но некоторые будут человеческими и смогут образовать необходимый орган. Например, в новом исследовании они попытались создать химеру человека и свиньи. В предыдущих попытках ученые пытались людей и обезьян, и так далее.

Как ученые могут добиться успеха?

Этого необходимого результата можно достичь с помощью метода комплементации бластоцисты: несколько человеческих клеток вводят в эмбрион свиньи на ранних стадиях развития. При этом, если вы возьмете модифицированную свинью, у которой отключен ген, отвечающий за развитие органа, то ей придется вырастить этот орган только из клеток человека.

Этот метод уже неоднократно тестировался на мышах, но эксперименты с человеческими химерами до сих пор ограничивались созданием химерных зародышей на самых ранних стадиях. Чтобы перейти от них к направленному росту органов, необходимо решить три проблемы:

• 1) найти и отключить гены, ответственные за развитие органов у животного-инкубатора

• 2) научить клетки человека укореняться внутри химеры.

• 3) убедитесь, что человеческие клетки не проникают в гениталии или мозг животного – потому что в этом случае эксперименты могут не получить одобрения этических комитетов и регулирующих органов.

Химеры человек-свинья? Как это возможно?

Группа исследователей из Университета Миннесоты во главе с Дэниелом и Мэри Гарри попыталась решить эти проблемы на свиньях. В качестве органа-мишени они выбрали скелетные мышцы, поскольку эту ткань очень трудно получить от донора (после смерти мышцы не пересаживаются, а при жизни их нелегко удалить).

Используя систему CRISPR / Cas9, исследователи создали модифицированные эмбрионы свиньи, лишенные трех ключевых генов для развития мышц – MYF5, MYF6 и MYOD. Такие зародыши развивались как минимум до 28-го дня, но их конечности были сильно деформированы.

Затем авторы работы проверили, можно ли «спасти» модифицированных свиней, дополнив бластоцисту. Для этого на четвертый день развития к каждому такому эмбриону на четвертый день развития добавляли по одной клетке обычной свиньи со встроенным геном зеленого флуоресцентного белка.

Затем эти химерные зародыши были посажены в матку свиней, и на свет появились химерные животные. Их мышцы были полностью донорскими (флуоресцентно-зелеными), но поросята-химеры двигались и вели себя как нормальные животные.

После этого исследователи перешли к созданию химер человек-свинья. Но они подозревали, что одной человеческой клетки может быть недостаточно для формирования мускулов в теле свиньи. Поэтому они решили удалить из клеток человека какой-то ген, который мог бы помешать им прижиться в эмбрионе свиньи.

Для этого они сравнили экспрессию генов в ранних эмбрионах свиньи и человека и обнаружили 257 различий в работе генов, связанных с делением и апоптозом. Из них исследователи выбрали ген TP53, который кодирует белок p53 – главный «двигатель» апоптоза, и удалили его с помощью CRISPR / Cas9, а также снабдили клетки зеленым флуоресцентным белком.

Наконец, авторы работы внедрили модифицированные эмбриональные клетки человека в эмбрионы модифицированных свиней. Такие клетки действительно приживались и делились лучше, чем обычные клетки (p <0,0001). Химерные зародыши высаживали в матку свиней и выращивали до 20 или 27 дней развития. Внешне они выглядели совершенно нормально.

После этого исследователи измерили содержание человеческих клеток внутри эмбрионов: оно колебалось от одной на тысячу до одной на сотню тысяч клеток свиньи. При этом 99,2% мышечных клеток (судя по экспрессии маркера MYOD), обнаруженных внутри эмбрионов свиней, светились зеленым светом, то есть мышцы внутри химеры оказались полностью человеческими.

Кроме того, исследователей интересовало, интегрированы ли человеческие клетки в другие органы свиней. Однако они не обнаружили следов человеческих клеток ни в сердечной мышце, ни в нервной ткани (аналогичные результаты были получены для химер от двух видов свиней).

Таким образом, авторам работы удалось получить гуманизированную ткань внутри химерного эмбриона. Однако для практического применения этого метода потребуются дополнительные усилия. Во-первых, этические ограничения на эксперименты во многих странах не позволяют выращивать эмбрионы с нервной тканью человека дольше 14 дней (подробнее об этом в нашем тексте «14 дней спустя»).

И хотя в этом конкретном эксперименте не было обнаружено человеческих клеток в мозге развивающихся эмбрионов, исследователям еще предстоит неоднократно подтверждать это – и в то же время выяснить, почему это происходит и как это предсказать.

Во-вторых, вряд ли кто-то позволит трансплантировать клетки людям без гена TP53, одного из главных защитников трансформации опухоли. В этом конкретном эксперименте удаление этого гена служило только доказательством того, что генетическая модификация может помочь клеткам выжить внутри эмбриона химеры человека и свиньи. Однако для практического применения может потребоваться поиск других кандидатов на удаление.