«Конечная цель должна вырастить функциональную и пересаживаемую ткань или органы, но мы далеко от этого», говорит ведущий следователь Хуан Карлос Исписуа Бельмонте, преподаватель в Институте Солка Лаборатории Экспрессии гена Биологических Исследований. «Это – важный первый шаг».Несмотря на десятилетия работы, ученые все еще изо всех сил пытаются уговорить стволовые клетки, растущие в чашках Петри, чтобы стать полностью функциональными специализированными взрослыми клетками, уже не говоря о трехмерных тканях и органах. «Это похоже, когда Вы пытаетесь сделать дубликат ключа.
Дубликат выглядит почти идентичным, но когда Вы возвращаетесь домой, он не открывает дверь. Есть что-то, что мы не делаем правильно», говорит Изпизюа Бельмонте. «Мы думали, выращивая клетки человека у животного, будет намного более плодотворным. У нас все еще есть много вещей узнать о раннем развитии клеток».Как первый шаг, Изпизюа Бельмонте и научный сотрудник Института Солка Юн Ву создали химеру крысы/мыши, введя клетки крысы в эмбрионы мыши и позволив им назреть.
Другие исследователи уже создали химеру крысы/мыши в 2010. Та химера была мышью с тканью поджелудочной железы, сформированной из клеток крысы.Изпизюа Бельмонте и Ву основывались на том эксперименте при помощи редактирования генома, чтобы гибко направить клетки крысы, чтобы вырасти в определенных нишах развития у мыши.
Чтобы достигнуть этого, они использовали инструменты редактирования генома CRISPR, чтобы удалить критические гены в оплодотворенных яйцеклетках мыши. Например, в данной клетке, они удалили бы единственный ген, очень важный для развития органа, такого как сердце, поджелудочная железа или глаз. Затем они ввели стволовые клетки крысы в эмбрионы, чтобы видеть, заполнят ли они открытую нишу. «У клеток крысы есть функциональная копия недостающего гена мыши, таким образом, они могут вытеснить клетки мыши в занятии освобожденных ниш органа развития», говорит Ву. Поскольку организм назрел, клетки крысы, заполненные, где клетки мыши не могли, формируя функциональные ткани сердца организма, глаза или поджелудочной железы.
Клетки крысы также выросли, чтобы сформировать желчный пузырь у мыши, даже при том, что крысы прекратили развивать этот орган сами за эти 18 миллионов лет начиная с крыс и мышей, отделенных эволюционно. «Это предполагает, что причина, крыса не производит желчный пузырь, состоит в том, не потому что это не может, но потому что потенциал был скрыт определенной для крысы программой развития», говорит Ву. «Микроокружающая среда развилась в течение миллионов лет, чтобы выбрать программу, которая определяет крысу».Следующий шаг команды должен был ввести камеры людей в организм. Они решили использовать эмбрионы коровы и свиньи в качестве хозяев, потому что размер органов этих животных более тесно напоминает людей, чем мыши. Команда столкнулась со многими логистическими проблемами, но научная проблема определяла, какая человеческая стволовая клетка могла выжить в эмбрионе коровы или свиньи.
Эксперименты с эмбрионами коровы были более трудными и дорогостоящими, чем свиньи, таким образом, команда увеличила масштаб свиней. Усилие, требуемое закончить исследования 1 500 эмбрионов свиньи, включило вклады более чем 40 человек, включая свиноводов, за четырехлетний период. «Мы недооценили включенное усилие», говорит Изпизюа Бельмонте. «Это потребовало проявления силы».Мало того, что свиньи и люди приблизительно в пять раз более отдаленны эволюционно, чем мыши и крысы, но свиньи также, имеют период беременности, который является приблизительно одной третью пока люди, таким образом, исследователи должны были начать клетки человека с прекрасного выбора времени, чтобы соответствовать стадии развития свиньи. «Это – как будто клетки человека входили в автостраду, идущую быстрее, чем нормальная автострада», говорит Изпизюа Бельмонте. «Если у Вас будут различные скорости, у Вас будут несчастные случаи».Исследователи ввели несколько различных форм человеческих стволовых клеток в эмбрионы свиньи, чтобы видеть, который выживет лучше всего.
Клетки, которые пережили самый длинный и показали самое потенциальное, чтобы продолжить развиваться, были «промежуточными» человеческими плюрипотентными стволовыми клетками. Так называемые «наивные» клетки напоминают клетки от более раннего происхождения развития с неограниченным потенциалом развития; «запущенные» клетки развивались далее, но все еще остаются плюрипотентными. «Промежуточные клетки где-нибудь промежуточные», говорит Ву.Клетки человека пережили и сформировали эмбрион химеры человека/свиньи. Эмбрионы были внедрены в свиней и позволены развиваться для между тремя и четырьмя неделями. «Это достаточно длинно для нас, чтобы попытаться понять, как человек и клетки свиньи смешиваются вместе вначале, не ставя этические вопросы о зрелых фантастических животных», говорит Изпизюа Бельмонте.
Даже используя большинство хорошо выступающих человеческих стволовых клеток, уровень вклада в chimerized эмбрион не был высок. «Это низко», говорит Ву.Изпизюа Бельмонте рассматривает эти хорошие новости. Одно беспокойство с созданием химер человека/животного – то, что химера будет слишком человеческой. Например, исследователи не хотят, чтобы клетки человека способствовали формированию мозга.
В этом исследовании клетки человека не стали предшественниками клеток головного мозга, которые могут превратиться в центральную нервную систему. Скорее они развивались в мышечные клетки и предшественников других органов. «На данном этапе мы хотели знать, могут ли клетки человека способствовать вообще, чтобы обратиться ‘к да или никакому’ вопросу», говорит он. «Теперь, когда мы знаем, что ответ да, наш следующий вызов состоит в том, чтобы повысить эффективность и вести клетки человека в формирование конкретного органа у свиней».
Чтобы сделать это, исследователи используют CRISPR, чтобы выполнить редактирование генома на геноме свиньи, как они сделали с мышами, чтобы открыть промежутки, которые могут заполнить клетки человека. Работа происходит.
Это изыскание было поддержано Фандэкайоном Сенекой в Мурсии, Испания, Universidad Catolica San Antonio de Murcia (UCAM), Фандэкайон доктор Педро Гильен, Благотворительная организация Г. Гарольда и Лейлы И. Мэтэрс и Фонд Смелости.