Oto świńsko-ludzka chimera, czyli pierwszy krok do hodowli ludzkich organów

Stworzenie krzyżówki człowieka i świni było możliwe dzięki metodzie CRISPR-Cas9. Metoda ta polega na cięciu łańcucha DNA w celu usunięcia wybranych genów. W tym konkretnym przypadku, naukowcy usunęli z DNA świńskiego zarodka geny odpowiedzialne za rozwój trzustki. W puste miejsce w “kodzie źródłowym” dodano następnie ludzkie, indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPS).

W trakcie testów prowadzonych w ramach tego eksperymentu naukowcy wszczepili świńskim zarodkom kilkanaście różnych typów ludzkich komórek. Okazało się jednak, że tylko komórki iPS mają odpowiednią zdolność przekształcania się w prawie wszystkie rodzaje komórek występujących u dorosłego człowieka.

Zespół naukowców z Instytutu Salka próbował też wszczepiać świńskim zarodkom ludzkie komórki bez modyfikowania świńskiego DNA. Metoda ta okazała się nie tylko mało skuteczna, ale i ryzykowna. Niemodyfikowane, świńskie DNA sprawiło, że ludzkie komórki macierzyste musiały walczyć o dominację z ich świńskim odpowiednikiem i “lądowały” w losowych miejscach DNA zarodka.

Przed zmodyfikowaniem DNA świńskiego zarodka i wszczepieniem ludzkich komórek macierzystych zespół Belmonte’a przetestował swój pomysł na chimerach mysio-szczurzych. Oba gatunki gryzoni są do siebie o wiele bardziej zbliżone, niż świnia i człowiek. Przy pomocy metody CRISPR-Cas9 z mysich zarodków usunięto kod odpowiedzialny za wykształcenie się serca, trzustki i oka.

Szczurze komórki macierzyste z powodzeniem wykorzystały “puste miejsce” i wytworzyły wszystkie brakujące w mysim kodzie organu. Co więcej, szczurze komórki przekształciły się również w pęcherz moczowy u myszy. Naukowcy byli zdziwieni tym faktem. Szczurze komórki w naturalnych warunkach przestały wytwarzać ten organ 18 milionów lat temu.

Ta niespodzianka jest świetnym przykładem tego, jak wiele testów wymaga jeszcze metoda opracowana przez zespół doktora Belmonte’a. Ludzko-świńska chimera stworzona w Instytucie Salka zawierała jedynie 0,001% ludzkich komórek. Kto wie, co się stanie, gdy zwiększyć te proporcje?

"Naszym końcowym celem jest hodowla w pełni funkcjonalnych i nadających się do przeszczepu ludzkich tkanek i organów. Jednak do tego jest jeszcze daleko. To dopiero pierwszy, bardzo ważny krok." - mówi Juan Carlos Izpisua Belmonte, profesor który prowadził eksperyment stworzenia ludzko-świńskiej chimery.

Belmonte doskonale zdaje sobie sprawę z wielu problemów i niewiadomych, które trzeba będzie rozwiązać, żeby móc mówić o w pełni udanym inkubatorze ludzkich organów.

Świnie, jeśli chodzi o ich parametry fizjologiczne, są bardzo podobnym gatunkiem do człowieka. Mają bardzo podobny rzut minutowy serca, zbliżone ciśnienie tętnicze, czy osmolarność moczu. Zresztą już teraz niektóre świńskie hormony i tkanki wykorzystuje się w badaniach klinicznych leków.

Zespół Belmonte’a próbował też umieścić ludzkie komórki macierzyste w krowim zarodku. Stopień kompatybilności jednak okazał się zbyt niski. Świńskie zarodki to aktualnie najlepsi kandydaci do stworzenia inkubatora, w którym hodować będziemy ludzkie organy.

Świnie to jednak nadal inny gatunek. Wykorzystywanie świńskich, nawet zmodyfikowanych genetycznie zarodków, niesie za sobą duże ryzyko. Chodzi o endogenne retrowirusy świni (PERV), które są bardzo silnie zintegrowane z genomem tego gatunku.

Istnieje ryzyko, że hodowla ludzkich organów w świńskich zarodkach pozwoli retrowirusom na przekroczenie bariery międzygatunkowej i asymilację z ludzkim DNA jeszcze wewnątrz świńskiego organizmu.

Badania wykazały, że wirusy PERV mogą stać się inicjatorami transformacji nowotworowej w ludzkich komórkach. Oczywiście testy te przeprowadzono w warunkach laboratoryjnych na sztucznie wyhodowanych ludzkich komórkach. Czy to samo może stać się wewnątrz świńskiego zarodka? Tego nie wiemy.

Metoda przetestowana przez naukowców z Instytutu Salka wydaje się znacząco zmniejszać ryzyko zakażenia świńskimi chorobami. Jeśli uzyskany tą metodą organ będzie charakteryzował się pełną zgodnością tkankową z organizmem pacjenta, odchodzi konieczność podawania leków immunosupresyjnych.

Pierwszy, udokumentowany przeszczep, w którym człowiek otrzymał część zamienną pochodzenia zwierzęcego odbył się już w 1682 roku. Wtedy to lekarze wykorzystali psią kość do naprawy czaszki rosyjskiego arystokraty. O dziwo zabieg przebiegł pomyślnie, ale metoda ta spotkała się z głośnymi protestami ze strony Kościoła katolickiego.

Brytyjczycy pod koniec XIX w. wykorzystywali z kolei żabią skórę do wymiany poparzonej tkanki u ludzi. Lekarze brytyjskiej armii wykonali podobno setki takich zabiegów. Amerykanie z kolei eksperymentowali z przeszczepami organów pochodzących od ssaków naczelnych. Najczęściej od szympansów i pawianów.

Eksperymenty z przeszczepami serca i nerek zakończyły się jednak katastrofą. Żadnemu pacjentowi z przeszczepionym zwierzęcym organem nie udało się przeżyć dłużej niż kilka miesięcy.

Pomimo wielu niewiadomych i kontrowersji, badania Belmonte’a są nam bardzo potrzebne. Pomyślcie tylko: mamy 2017 rok i zdalnie sterowanego robota na Marsie, ale organy potrzebne do przeszczepu nadal uzyskujemy w większości od osób, które giną w losowych wypadkach.

Możesz obejrzeć strumieniowany na żywo obraz z kosmicznej stacji ISS, ale jeśli czekasz na przeszczep nerki, wątroby, czy trzustki, to nadal musisz trzymać kciuki, żeby ktoś, kogo organy wewnętrzne są kompatybilne z twoimi, zginął w wypadku. I to nie za daleko od miejsca twojego zamieszkania.

Ogromne zapotrzebowanie na organy do przeszczepu skutkuje obecnie ogromnymi rozmiarami czarnego rynku. I nie tylko czarnego. W 2014 roku kanadyjski reżyser Leon Lee nakręcił Human Harvest - film dokumentalny ukazujący makabryczne praktyki prowadzone w chińskich szpitalach, w których masowo mordowani są więźniowie sumienia, a ich organy wykorzystywane do przeszczepów. Szacuje się, że w wyniku tego procederu zginęło już 60 tysięcy ludzi. Chińskie władze oczywiście wszystkiemu zaprzeczają.

Hodowla inkubatorów dla ludzkich organów na pewno spotka się z protestami ze strony środowisk walczących o prawa zwierząt. Edycji DNA i badaniu komórek macierzystych (o ile nie pochodzą one od osób dorosłych - tak jak w tym przypadku) sprzeciwia się również Kościół katolicki.

Nie wiemy również, czy łączenie ludzkich komórek macierzystych ze zwierzęcymi zarodkami nie sprawi, że przypadkowo wyhodujemy chimery obdarzone ludzką świadomością, realizując tym samym pomysł H.G Wellsa, który przedstawił w “Wyspie Doktora Moreau”.

Nie będzie to pierwszy raz, kiedy moralność współczesnej nauki zostanie zakwestionowana. Na razie jednak będziemy musieli poczekać przynajmniej kilka lat, zanim będziemy mogli zacząć rozmawiać o praktycznych zastosowaniach odkrycia zespołu z Instytutu Salka.