Šis biomedicinos pasiekimas – daugybės mokslininkų, siekusių veikti kritišką donorų organų trūkumą, svajonės išsipildymas.

Kas dešimt minučių į Nacionalinį organų transplantacijos laukiančiųjų sąrašą įrašomas žmogus. Ir 22 iš to sąrašo kasdien miršta, taip ir nesulaukę reikiamo organo. O ką, jei užuot pasikliovę donorų dosnumu, galėtume reikiamą organą užsiauginti gyvūne?

Kiaulės plautis filtruoja žmogaus kraują

Žmogaus kraujas teka per kiaulės plaučius Marylando universiteto medicinos mokyklos Larso Burdorfo laboratorijoje. Kasmet dėl transplantacijai tinkamų organų trūkumo miršta tūkstančiai žmonių. Mokslininkai bando CRISPR technika atsikratyti virusų kiaulių organuose, kurie gali pakenkti žmogui.

Dabar ši svajonė vienu žingsneliu priartėjo prie realybės, žurnale „Cell“ praneša Salk instituto vadovaujama tarptautinė tyrėjų komanda. Jie sukūrė vadinamąją chimerą: organizmą, kuriame yra dviejų skirtingų rūšių organizmų ląstelių.

Anksčiau žmonių ir gyvūnų chimeros buvo nepasiekiamas tikslas. Tokie eksperimentai JAV dabar negali tikėtis valstybino finansavimo (ligi šiol Salk komanda chimeros projektą vykdė privačių rėmėjų lėšomis). Viešoji nuomonė irgi nepalankiai žiūrėjo į į organizmų, kurie yra pusiau žmonės, pusiau gyvūnai kūrimą.

Bet kaip sako tyrimų autorius Jun Wu iš Salko instituto, tereikia žvilgtelėti į mitines chimeras — kaip žmonių ir paukščių hibridus, kuriuos vadiname angelais. „Senovės civilizacijose chimeros buvo siejamos su Dievu, – sako jis. – Ir mūsų protėviai manė, kad „chimeros gali saugoti žmones.“ Tam tikra prasme, komanda būtent ir tikisi, kad žmonių ir gyvūnų hibridai vieną dieną tai atliks.

Chimeros kūrimas

Metodas prasideda nuo embriono, kai vieno gyvūno ląstelės įterpiamos į kito gyvūno embrioną ir tada leidžiama jiems kartu išaugti į hibridą.

Chimerą galima sukurti dviem būdais. Pirmasis – vieno gyvūno organus įdėti į kitą gyvūną – rizikingas, nes naujojo šeimininko imuninė sistema gali organą atmesti. Kitas metodas prasideda nuo embriono, kai vieno gyvūno ląstelės įterpiamos į kito gyvūno embrioną ir tada leidžiama jiems kartu išaugti į hibridą. Skamba keistai, bet tai yra genialus būdas išspręsti daugybę laboratorijose auginamų organų biologinių problemų.

Kai mokslininkai atrado kamienines ląsteles, galinčias sukurti bet kokios rūšies kūno audinį, atrodė, atsiveria neribotos mokslinės perspektyvos. Bet įtikinti kamienines ląsteles virsti reikiamais audiniais ir organai, pasirodė ne taip jau paprasta.

Ląstelės turi išgyventi Petri lėkštelėse. Mokslininkai turi naudoti karkasus, kad užaugtų tinkamos formos organas. O pacientams tenka iškęsti skausmingas invazines procedūras, kad būtų galima gauti audinio, būtino pradėti procesą.

Iš pradžių Juan Carlos Izpisua Belmonte, Salko instituto genų ekspresijos laboratorijos profesorius, manė, kad embriono panaudojimas organų auginimui turėtų būti gan paprastas. Tačiau jis ir daugiau nei 40 bendradarbių užtruko ketverius metus, kol išsiaiškino, kaip sukurti žmogaus ir gyvūno chimerą.

Tam jie panaudojo ankstesnį chimerų tyrimą, atliktą su pelėmis ir žiurkėmis.

Ši vienerių metų amžiaus chimera atsirado iš pelės, įšvirkštus žiurkės kamieninių ląstelių. ©Juan Carlos Izpisua Belmonte

Kiti mokslininkai jau išsiaiškino, kaip auginti žiurkių kasos audinį pelėse. Trečiadienį ta komanda pranešė, kad pelių kasos, augintos žiurkėse sėkmingai gydo diabetą, kai sveikų organų dalys buvo persodintos sergančioms pelėms.

Salko instituto vadovaujama grupė koncepciją dar praplėtė, ir naudodama CRISPR genomo redagavimo įrankius, pelės blastocistose–embrionų užuomazgose – ištrynė kai kuriuos pelių organus koduojančius genus. Kai jie įdiegė sukurti tuos organus galinčias žiurkių kamienines ląsteles, jos puikiausiai prigijo.

Taip pakeistos pelės užaugo. Kai kurioms netgi išsivystė tulžies pūslė, kurios ši rūšis neturėjo jau 18 milijonų metų.

Atmetimo rizika

Žmonių ląstelės buvo įšvirkštos į kiaulės embrionus. Tada jie buvo perkelti į suaugusias kiaules, kurios embrionus išnešiojo 3–4 savaites.

Tada komanda žiurkių kamienines ląsteles įšvirkštė į kiaulių blastocistas. Ši versija nepavyko — nieko keisto, turint omenyje smarkiai besiskiriančią žiurkių ir kiaulių nėštumo trukmę ir evoliucinius protėvius.

Bet kiaulės stulbinamai panašios į žmones. Nors jų nėštumas trumpesnis, tačiau organai labai panašūs į mūsų. Tačiau užduotis dėl to nė kiek ne lengvesnė. Komanda išsiaiškino, kad norint žmogaus ląsteles perkelti kiaules jų nenužudant, reikia tinkamai parinkti laiką.

„Bandėme tris skirtingas žmogaus ląstelių rūšis, iš esmės atstovaujančias tris skirtingus [vystymosi proceso] laikus“, – paaiškino Jun Wu, Salk instituto mokslininkas ir pirmasis straipsnio autorius. Bandymų ir klaidų metodu jie išsiaiškino, kad naiviosios pluripotentinės ląstelės – neriboto potencialo kamieninės ląstelės – išgyveno ne taip gerai, kaip išsivysčiusios šiek tiek daugiau.

Į šį kiaulės embrioną ankstyvoje vystymosi stadijoje buvo implantuotos žmogaus ląstelės ir jis augo keturias savaites. ©Juan Carlos Izpisua Belmonte

Tokios tinkamos žmonių ląstelės buvo įšvirkštos į kiaulės embrionus. Tada jie buvo perkelti į suaugusias kiaules, kurios embrionus išnešiojo 3–4 savaites. Tada embrionai buvo pašalinti ir išanalizuoti.

Iš viso komanda sukūrė 186 išgyvenusius chimerinius embrionus, sako Wu, ir „mūsų vertinimu [kiekviename buvo] apie 1/100 000 žmonių ląstelių.“

Tai nedidelis procentas – ir ilgoje perspektyvoje tai gali sukelti problemų šiam metodui, sako Ke Cheng, Šiaurės Karolinos universiteto Chapel Hillo ir Šiaurės Karolinos valstijos universiteto kamieninių ląstelių ekspertas.

Žmogaus ląstelės įterpiamos į kiaulės blastocistą. ©Juan Carlos Izpisua Belmonte

Atrodo, kad žmogaus audinys lėtina embriono augimą, pastebi K. Chengas, ir iš tokių embrionų užaugintus organus dabar tikriausiai žmonių organizmas atmestų, kadangi juose tiek daug kiaulės audinio.

Kitas svarbus žingsnis yra išsiaiškinti, ar įmanoma padidinti žmogaus ląstelių dalį, kurią embrionas dar toleruotų. Dabartinis metodas yra pradžia, tačiau nėra aišku, kaip šią kliūtį būtų galima įveikti, sako K. Chengas.

Belmonte pritaria, pabrėždamas, kad funkcionuojančių žmogaus organų sukūrimas gali trukti dar ne vienerius metus. Daug greičiau ši technika galėtų būti panaudota žmonių embrionų vystymosi tyrinėjimui ir ligų supratimui. Ir šios tiesioginės įžvalgos gali būti tokios pat reikšmingos, kaip ir gebėjimas išauginti organą.

Netgi šioje ankstyvoje stadijoje, K. Chengas darbą vadina proveržiu: „Dar laukia tolimas kelias, – patvirtina jis. – Bet intriguojantis. Labai intriguojantis.“