Naukowcy stworzyli chimeryczne embriony łączące komórki świńskie z ludzkimi. Dokonali tego biotechnolodzy z Instytutu Biomedycznego w Kantonie (Chiny). Wyniki badania ukazały się 7 września 2023 roku na łamach pisma „Cell Stem Cell”. Jest to pierwszy taki przypadek, kiedy udało się wyhodować ludzki narząd, jednak w innym gatunku. Do tej pory było to możliwe, ale dotyczyło to jedynie tkanek, na przykład mięśni czy krwi. „Czujemy, że osiągnęliśmy kamień milowy w tej dziedzinie, ale to tylko pierwszy krok, a przed nami wiele wyzwań” – mówi Lai Liangxue, główny autor badania.
Świńskie embriony z ludzkimi nerkami
Nerki są pierwszym organem, który rozwija się w trakcie wzrostu embrionu, dlatego właśnie na nich skupili się teraz naukowcy. Jednocześnie jest to również najczęściej przeszczepiany narząd. Naukowcy chimeryczne embriony łączące komórki świńskie z ludzkimi wszczepili świńskim matkom. Było to jednak dużym wyzwaniem dla badaczy między innymi z uwagi na to, że komórki świń wypierają komórki ludzkie. Dodatkowo świńskie komórki mają inne potrzeby fizjologiczne od komórek ludzkich. „Pracowaliśmy nad mechanizmami przezwyciężenia wyjątkowo niskiej wydajności tworzenia międzygatunkowych hybryd” – zauważył jeden z głównych autorów badania, Guangjin Pan. Badacze zidentyfikowali kilka kluczowych czynników, które dały możliwość tworzenia hybryd międzygatunkowych poprzez wspieranie rywalizacji komórkowej.
Badanie było przełomowe, ponieważ wcześniejsze próby wyhodowania ludzkich narządów w świńskich embrionach nie powiodły się. „Organy szczurów były już hodowane w myszach, a organy myszy – w szczurach, ale wcześniejsze próby hodowania ludzkich narządów w świńskich organizmach nie powiodły się” – zauważył Lai Liangxue, główny autor badania. Dodał również, że aktualne podejście ulepsza integrację ludzkich komórek z tkanką biorcy, dzięki czemu możliwe jest wyhodowanie ludzkich narządów w świńskich organizmach.
Jak wyhodowano ludzki narząd w innym gatunku?
W jaki sposób udało się naukowcom wyhodować ludzki narząd w innym gatunku? Stworzyli oni w świńskim embrionie specjalną niszę, żeby ludzkie komórki nie musiały rywalizować z komórkami świń. Dokonali tego za pomocą techniki CRISPR. Doprowadzili w komórkach świni do braku dwóch genów, które były niezbędne do rozwoju nerek. Zmodyfikowali również ludzkie pluripotencjane komórki macierzyste, by stały się bardziej zdolne do integracji, ale przy tym też mniej podatne na samozniszczenie, poprzez tymczasowe zahamowanie procesu apoptozy (naturalnej śmierci komórek). Później poprzez hodowlę na specjalnym podłożu przekształcili je w komórki, które przypominały wczesne ludzkie komórki embrionalne.
Dodatkowo jeszcze przed wszczepieniem ich świniom, badacze hodowali chimerę, zapewniając jej unikalną mieszankę składników odżywczych i cząsteczek sygnałowych, które były przeznaczone zarówno dla komórek ludzkich, jak i świńskich.
Jakie naukowcy wysnuli wnioski z badań?
Naukowcy przeszczepili łącznie 1820 embrionów do 13 zastępczych, świńskich matek. Gdy minęło 25 lub 28 dni – przerywali ciąże i wydobywali embriony, żeby móc ocenić chimery. Do analizy naukowcy użyli 5 embrionów chimerycznych (dwa po 25 dniach i trzy po 28 dniach od wszczepienia). Wysnuli oni wniosek, że jak na swój etap rozwoju – miały one strukturalnie normalne nerki. Organy zawierały od 50 do 60 procent komórek pochodzenia ludzkiego. To najwyższy dotychczas odnotowany procent komórek ludzkich w jakimkolwiek narządzie hodowanym wewnątrz świń.
Ludzkie komórki były głównie zlokalizowane w nerkach, podczas gdy reszta embrionu składała się z komórek świń. „Zauważyliśmy bardzo niewiele ludzkich komórek nerwowych w mózgu i rdzeniu kręgowym i nie zanotowaliśmy żadnych ludzkich komórek w tkankach płciowych, co wskazuje, że ludzkie pluripotencjalne komórki macierzyste nie różnicowały się w komórki zarodkowe” – wyjaśnił główny autor badania Zhen Dai. Naukowcy w kolejnych badaniach planują też hodowanie nerek przez dłuższy czas, a także próbę zrobienia tego z innymi narządami. W perspektywie kolejnych lat celem jest uzyskiwanie ludzkich narządów nadających się do przeszczepów. Aktualnie metoda ta ma posłużyć do badań embrionalnego rozwoju człowieka.
Czytaj też:
Szczepionka na raka jest skuteczna? Są pierwsze ważne dowodyCzytaj też:
Nowotwory atakują już 40-latków. Jak uniknąć raka w młodym wieku?