Ученые впервые создали химеру человека и свиньи. Как сообщает портал IFLscience.com, международная команда исследователей провела эксперимент, в ходе которого удалось получить эмбрион, являющийся гибридом свиньи и человека.

Стволовые клетки человека были введены в находящиеся на ранней стадии развития эмбрионы свиньи. В результате было получено более двух тысяч гибридов, которые подсадили в организм свиноматки. 186 эмбрионов развились в химеры – организмы, состоящие из генетически разнородных клеток.

Эмбрион только на 1 клетку из 10 тысяч был человеческим, но тот факт, что человеческие клетки вообще прижились и функционировали, как часть единого организма, - уже большой шаг для науки. Ранее ученым не удавалось скрестить человека с другим крупным животным. Этому мешает, в частности, разная скорость развития организмов: например, беременность у людей длится 9 месяцев, у свиней – в среднем 112 дней.

Во всем мире прослеживается нехватка органов для трансплантации. Люди годами ждут орган для пересадки, некоторые умирают, так и не дождавшись подходящего донора. Несмотря на это, научные эксперименты, способные решить данную проблему, вызывают большой общественный резонанс и дебаты об этичности.

Из-за этого Национальные институты здоровья США (NIH) – ведущее правительственное учреждение, ответственное за разработки в области медицины, – отказались от финансирования таких экспериментов в 2015 году. В августе 2016 года в NIH предложили снять мораторий на эти исследования, но пока этого не произошло.

Эмбрионам из свиньи и человека позволили развиваться в течение 28 дней (этот срок соответствует первому триместру беременности у свиньи). После того, как они доказали свою жизнеспособность, их удалили из тела свиноматки.

«Это достаточный срок, чтобы понять, как смешиваются клетки свиньи и человека, но не достаточный, чтобы возбудить этические споры по поводу взрослых животных-химер», – заявил ведущий автор эксперимента Хуан-Карлос Исписуа Бельмонте, профессор Института биологических исследований Солка, Калифорния, США.
Идея создания гибрида человека и свиньи для обеспечения нуждающихся органами для трансплантации действительно поражает. Дебаты насчет этичности таких экспериментов не угаснут еще долгое время, если вообще когда-нибудь угаснут. Ведь уже сегодня в одном мире как-то уживаются люди, которые ежедневно употребляют мясные продукты, и те, кто считает противоестественным выращивать животных с единственной целью – съесть их.

По материалам: iflscience.com

Мир приблизился к одной из этических дилемм, о которых мы не хотели думать. Ученые произвели эмбрионы, комбинируя ДНК от свиньи и человека, чтобы сделать так называемую химеру. Они развивались в течение нескольких недель, прежде чем были уничтожены. Можно с уверенностью предположить, что эмбрионы-гибриды скоро будут развиваться дальше, но технические проблемы сделали их формирование более сложным, чем ожидали ученые.

Как появляются химеры

Химеры — организмы, образованные из двух оплодотворенных клеток, или зиготы, взятых от различных видов. Судя по названию, они должны оставаться на страницах книг Джоан Роулинг или древней мифологии, но есть веские причины, почему некоторые ученые хотят их создать. В частности, люди умирают от нехватки донорских органов, таких как сердце и почки. Химеры, созданные путем комбинирования оплодотворенных клеток свиньи и человека, могут оказаться решением этой проблемы, так как они станут источниками достаточно похожих на наши собственные органов, которые можно будет эффективно трансплантировать.

Этические проблемы

Многие считают, что эта идея даже звучит ужасающе, но другие утверждают, что это не хуже, чем выращивание животных, часто в ужасающих условиях, просто для того, чтобы их съесть. Кроме того, будет трудно объяснить человеку, чья единственная надежда на выживание — печень химеры, что эта идея кажется слишком отталкивающей для реализации. Фантасты и философы некоторое время пробовали решить эту этическую проблему, но политические институты и широкая общественность, как правило, откладывали ее в корзину сложных вещей, о которых мы пока что не должны беспокоиться.

Поэтому заявление об успешном создании эмбриона-гибрида служит тревожным сигналом, что мы не можем больше откладывать решение этой проблемы и должны заняться ею уже сейчас.

Начальный этап работы ученых

Усилия ведущего исследователя профессора Хуана Карлоса Бельмонте из Института Солка и его команды показали, что в этом вопросе существуют не только этические препятствия. «Конечная цель состоит в том, чтобы вырастить функциональные и переносимые ткани и органы, но мы далеки от этого, — сказал Бельмонте в своем заявлении. — Это важный первый шаг».

Бельмонте начал с того, что помещал стволовые клетки крысы в эмбрион мыши. Этим занимались ранее и другие исследователи. Затем он использовал инструменты для редактирования генов, чтобы удалить гены, ответственные за развитие конкретных органов у мыши, и заменил их крысиными эквивалентами. «Клетки крысы имеют функциональную копию отсутствующего гена мыши, так что они могут вытеснять клетки мыши и занимать освобожденные ниши для развития органов», — сказал первый автор подобного исследования доктор Джан Ву, также из Института Солка.

Почему используются эбрионы свиней

Человеческие стволовые клетки ранее также были введены эмбрионам мыши, но результаты оказались незначительными. Бельмонте и Ву пошли дальше и попытались ввести клетки человека эмбрионам коров и свиней. Часть работы с эмбрионами коров оказалась более трудной и дорогостоящей, и поэтому был сделан выбор в пользу свиней.

Но даже после этого работа не была простой. С момента зачатия до рождения свиньи проходит менее четырех месяцев, так что их развитие происходит гораздо быстрее, чем у людей.

Несмотря на то что команде все же удалось получить промежуточные человеческие плюрипотентные стволовые клетки для формирования химеры в пределах эмбриона свиньи, гибрид больше напоминал животное, а не человека. Авторы считают это хорошим результатом, так как многие из самых больших этических проблем возникают в случае создания существа с человеческим мозгом.

Эмбрионы были уничтожены через 3—4 недели, и они продемонстрировали свою жизнеспособность на этом этапе. Авторы работают над установкой конкретных человеческих генов в последующих химерах (как это было сделано при работе с крысами и мышами), чтобы создать больше человеческих органов.

Эмбрион—гибрид человека и свиньи. Биологи из США, Японии и Испании ввели стволовые клетки человека в яйцеклетку свиньи. Выращенный в утробе животного эмбрион ученые назвали химерой — в честь существа из античной мифологии. В перспективе эти исследования позволят ученым выращивать органы для трансплантации и изучать природу генетических заболеваний. Для того, чтобы исследования продвинулись дальше, ученые должны не только доказать эффективность опытов, но и их этичность.

В чем суть эксперимента

Группа американских ученых из калифорнийского Института биологических исследований Солка ввели человеческие стволовые клетки в эмбрион свиньи на ранней стадии развития и поместили его в утробу животного. Спустя месяц стволовые клетки развились в зародыши с зачатками человеческих тканей: сердца, печени и нейронов.

Из 2075 пересаженных эмбрионов до 28-дневной стадии развились 186. Полученные эмбрионы были «крайне нестабильными», признают ученые, но пока это самый успешный гибрид человека. Ученые пишут, что полученная химера — важнейший шаг к созданию эмбрионов животных с функционирующими человеческими органами.

Источник: Cell Press

Конечная цель заключается в том, чтобы вырастить функциональные и готовые к трансплантации органы, проведенные эксперименты — первый шаг к этому, пишет WP со ссылкой на ученых из Калифорнии.

О результатах похожего исследования рассказывается в первом номере журнала Nature за 2017 год. Как следует из публикации, группе ученых из Японии и США удалось вырастить поджелудочную железу мыши внутри крысы, а затем пересадить вырабатывающий инсулин орган больным диабетом мышам, что не вызвало иммунного отторжения. Это стало первым подтверждением, что межвидовая трансплантация органов возможна, пишет Nature.

Зачем это нужно

Главная цель ученых — выращивание человеческих органов с помощью эмбрионов крупных животных. По данным американского Минздрава, каждый день в ожидании органов для трансплантации умирают 22 человека. Ученые давно пытались выращивать искусственные ткани вне человеческого тела, но органы, развивающиеся в чашке Петри (так называют емкость для выращивания микроорганизмов), сильно отличаются от выращенных внутри живого организма.

Технология выращивания искусственных органов, скорее всего, будет похожа на эксперимент с мышами и крысами, пишет The Washington Post. Крысы, которым в рамках описанных в Nature исследований подсаживались новые клетки, были генетически модифицированные. Они не могли вырастить собственную поджелудочную, поэтому стволовые клетки «заполняли свободное пространство». Часть появляющихся у крыс желез была пересажена больным мышам. После операции мыши жили со здоровым уровнем глюкозы в течение года — полжизни в человеческих масштабах, пишет WP.

Исследование доказало, что межвидовая трансплантация не только возможна, но и эффективна, прокомментировал результаты старший автор исследования Хиромицу Накаучи из Стэнфордского университета. Ученым таким же образом удалось «вырастить» сердце и глаза.

Какие сложности

Ученые из Калифорнии добились первых результатов спустя четыре года после начала исследований. По их словам, свиньи — идеальные животные для эксперимента. Их органы примерно такого же размера, однако они растут гораздо быстрее человеческих. В дальнейших исследованиях фактор времени должен стать главным, признаются исследователи.

«Пока количество человеческих клеток в полученном эмбрионе очень незначительное, а весь процесс проходит на ранней эмбриональной стадии, поэтому пока рано говорить о создании полноценной химеры», — прокомментировал результат коллег Накаучи. В полученных эмбрионах на 100 000 клеток свиньи приходилась только одна человеческая (эффективность 0,00001%). «Достаточно добиться эффективности от 0,1% до 1% клеток», — объяснил BBC один из авторов калифорнийского исследования.

После четырех недель развития ученые из Института Солка по этическим соображениям уничтожили полученные эмбрионы, чтобы предотвратить полноценное развитие химеры. «Мы лишь хотели ответить на вопрос, смогут ли человеческие клетки вообще приспоосбиться», — объяснил один из авторов.

Этические вопросы

В 2015 году Национальные институты здравоохранения США наложили мораторий на финансирование исследований, в рамках которых скрещиваются клетки человека и животных. Поскольку стволовые клетки могут развиться в любую человеческую ткань, в перспективе может быть создано животное с человеческим мозгом, считают некоторые биоэтики. Другие указывают на нарушение «символической границы» между человеком и животным, пишет WP.

Калифорнийские ученые считают, что страхи вокруг «химер» больше походят на мифы, чем на контролируемые эксперименты, но признают, что возможность рождения животного с человеческими клетками вызывает беспокойство.

В августе Национальные институты здравоохранения США допустили возвращение к финансированию исследований химер. Организация предлагает разрешить введение стволовых клеток людей в эмбрионы на ранней стадии развития крупных животных за исключением других приматов.

«Нам наконец-то удалось доказать, что такой подход к созданию органов возможен и безопасен. Надеюсь, люди поймут это. Многие считают, что это из раздела научной фантастики, но сейчас это становится реальностью», — прокомментировал возможное снятие запрета Накаучи.

Даниил Сотников

Фото на превью: кадр из фильма «Химера»

Фото в шапке: WikiCommons

Генетики вырастили 4-недельный эмбрион свиньи с зачатками человеческих органов

• Биотехнологии ,
• Здоровье гика

Химера крысы и мыши показывает нормальное развитие эмбриона (B) и внутренних органов: почек, сердца, печени, лёгких, поджелудочной железы и мозга внутри организма-хоста (С)

Плюрипотентность - уникальное свойство эмбриональных стволовых клеток, которые могут превратиться в любые из 200 известных видов соматических клеток, в соответствии с заданной программой развития эмбриона и другими условиями. Учёные научились забирать эти клетки у человеческих эмбрионов и культивировать их в лаборатории. Многочисленные опыты показали, что при этом плюрипотентные клетки сохраняют способность дифференцироваться в любые клеточные типы, включая спермии и яйцеклетки.

Но в лабораторных условиях очень трудно вырастить полноценный орган из стволовых клеток, поскольку физиологию человека практически невозможно воссоздать с нуля. Учёные ещё не умеют программировать клетки с такой точностью. Нужна естественная среда, где программа развития клеток в нужный орган активируется сама. Идеальной средой был бы эмбрион человека или примата, но такие испытания запрещены законом. Поэтому учёные нашли выход в использовании эмбрионов физиологически близких к человеку животных - свиньи и крупного рогатого скота. В развитых странах эксперименты над этими эмбрионами пока разрешены.

Для решения этой задачи великолепно подходят химеры - организмы, состоящие из генетически разнородных клеток. Внутри химер можно выращивать органы другого организма. Ряд таких экспериментов провела группа учёных из Института биологических исследований Солка (Калифорния). В том числе им удалось впервые создать химеру эмбриона свиньи с зачатками человеческих органов.

Химеры - очень интересные организмы с научной точки зрения. Они могут стать ценным инструментом для научных исследований с возможностью использовать их в клинических испытаниях и для трансплантации органов.

Сейчас ситуация с донорскими органами очень напряжённая. Например, среднее время ожидания почки - около 10 лет. Средний срок жизни на диализе - 5 лет. Если технику выращивания химер доведут до ума, то подходящую почку можно вырастить гораздо быстрее, пока человек ещё жив.

Используя технику генетического редактирования CRISPR-Cas9 и новейшие технологии обработки стволовых клеток, учёные успешно имплантировали стволовые клетки в эмбрион и вырастили различные крысиные органы - поджелудочную железу, сердце и глаза - в организме мыши. Этот эксперимент подтвердил концептуальную возможность такого метода получения донорских органов.

Затем исследователи имплантировали плюрипотентные человеческие клетки в эмбрионы свиньи, изучив развитие человеческих тканей и органов. Это первый шаг к более подробным исследованиям по выращиванию человеческих органов в других организмах, подходящих по размеру, физиологии и анатомии.

В 2015 году группа учёных под руководством Исписуа Бельмонте (Izpisua Belmonte) создала первую химеру, проследив за развитием человеческих клеток в нежизнеспособном эмбрионе мыши. Сейчас они пошли дальше, применив технику генетического редактирования CRISPR-Cas9 для того, чтобы задавать развитие плюропотентных клеток в конкретные органы.

С помощью генетического редактирования CRISPR-Cas9 учёные изменили эмбрион хоста, отключив гены, которые отвечают за развитие конкретного органа - например, поджелудочной железы. Затем в эмбрион помещают стволовые клетки другого животного (крысы) с активным геном поджелудочной железы. Сам эмбрион абсолютно нормально развивается в организме суррогатной матери, за исключением того факта, что у него чужая поджелудочная железа.

Точно такие же опыты были проведены с другими органами в химере крысы и мыши - глаз и сердца. Учёные обнаружили также, что плюропотентные клетки крысы неожиданно образовали в эмбрионе мыши желчный пузырь - орган, который отсутствует у крыс. Это указывает на то, что плюропотентные клетки донора испытывают сильное влияние организма хоста и перенимают его программы развития.

Впрочем, выращивание человеческих органов у свиньи будет непростым. Учёные обращают внимание на ряд сложностей, которые возникают при скрещивании сильно отличающихся живых организмов, таких как человек и свинья. Такие трудности отсутствуют при выращивании органов в близких генетически организмах. Например, у человека и свиньи сильно различаются сроки вынашивания плода (у свиньи 112 дней).

Тем не менее, эксперимент с человеческими органами в свиных эмбрионах был проведён. Прекурсоры человеческих тканей начали создаваться и развивались до четырёхнедельного возраста эмбриона, хотя и не с такими показателями успешности, как у химеры крысы и мыши. Выжили лишь небольшое количество клеток - и они явно не развивались в нечто жизнеспособное. Эксперимент прекратили для оценки безопасности и эффективности технологии.

Учёные признают, что конечной целью исследований с химерами может быть выращивание человеческих органов и тканей в промышленных масштабах, но это очень отдалённая перспектива. В ближайшие годы исследования в этой области имеют теоретическое, а не практическое значение. Они дадут лучшее понимание человеческого эмбрионального развития и помогут изучить некоторые болезни, которые невозможно изучить иным способом.