Американські біологи створили хімічні ембріони людини і свині, щоб виростити в них людські м'язи. Для цього їм знадобилася система генетичного редагування CRISPR/Cas9: у свиней видалили гени, що відповідають за розвиток м'язів, а в людських клітинах - ген, пов'язаний з апоптозом. Дослідники доростили хімічних зародків до 27 днів і переконалися, що м'язова тканина в них розвивається з людських клітин, а нервова тканина і статеві органи - з клітин свині. Роботу опубліковано в журналі.
Проблему нестачі донорських органів біологи вже неодноразово пропонували вирішувати за допомогою тварин. Варіантів вирішення тут може бути кілька. Можна пересадити власний орган тварини - але імунна система людини не завжди на таке згодна.
Можна генетично модифікувати тварину, щоб її клітини більше нагадували людські. Ми вже писали про народження гуманізованих свиней і першу пересадку шкіри від такої свині людині. Тим не менш, поки неясно, наскільки гуманізовані органи безпечні - наприклад, вони можуть нести в собі вбудовані віруси, потенційно заразні для людини.
Нарешті, можна використовувати тварину як інкубатор, в якому будуть рости людські органи. Для цього необхідно створити хімерний зародок, в якому більшість клітин будуть належати власне тварині (наприклад, свині), але деякі будуть людськими і зможуть сформувати необхідний орган.
Досягти такого результату можна за допомогою методу комплементації бластоцисти (blastocyst complementation): у зародок свині на ранніх стадіях розвитку вводять кілька людських клітин. При цьому, якщо взяти модифіковану свиню, у якої вимкнений ген, що відповідає за розвиток якогось органу, то цей орган їй доведеться вирощувати з одних тільки людських клітин.
Цю методику вже неодноразово перевіряли на мишах, але ось експерименти з людськими химерами поки обмежувалися створенням хімерних зародків на найбільш ранніх стадіях. Щоб перейти від них до спрямованого вирощування органів, потрібно вирішити три проблеми: 1) знайти і відключити гени, що відповідають за розвиток органів, у тварини-інкубатора 2) навчити людські клітини приживатися всередині химери 3) переконатися в тому, що людські клітини не проникнуть в статеві органи або мозок тварини - тому що в такому випадку експерименти можуть не отримати схвалення етичних комітетів і регуляторів.
Група дослідників з університету Міннесоти під керівництвом Деніела і Мері Геррі (Daniel and Mary Garry) спробувала вирішити ці проблеми на свинях. Як орган-мішень вони вибрали скелетні м'язи - оскільки цю тканину дуже складно отримати від донора (після смерті м'язи не пересаджують, а за життя їх непросто видалити). За допомогою системи CRISPR/Cas9 дослідники створили модифіковані зародки свиней, позбавлених трьох ключових для розвитку м'яза генів -, і. Такі зародки розвивалися щонайменше до 28-го дня, проте кінцівки їх були сильно деформовані.
Потім автори роботи перевірили, чи можна «врятувати» модифікованих свиней за допомогою комплементації бластоцисти. Для цього в кожен такий зародок на четвертий день розвитку додали по одній клітці звичайної свині з вбудованим геном зеленого флуоресцентного білка. Потім ці хімічні зародки підсадили в матку свиней, і на світ з'явилися хімерні тварини. Їхні м'язи були повністю донорськими (флуоресціювали зеленим), але поросята-химери пересувалися і вели себе точно так само, як і звичайні тварини.
Після цього дослідники перейшли до створення людських химер. Але вони підозрювали, що однієї-єдиної клітини людини може не вистачити, щоб сформувати м'язи в організмі свині. Тому вони вирішили видалити з людських клітин якийсь ген, який міг би заважати їм прижитися в зародку свині. Для цього вони порівняли експресію генів у ранніх свинячих і людських зародках і знайшли 257 відмінностей у роботі генів, пов'язаних з поділом і апоптозом. З них дослідники вибрали ген, який кодує білок р53 - головний «двигун» апоптозу - і видалили його за допомогою CRISPR/Cas9, а також забезпечили клітини зеленим флуоресцентним білком.
Нарешті, автори роботи ввели модифіковані ембріональні людські клітини в зародки модифікованих свиней. Такі клітини дійсно краще приживалися і ділилися, ніж звичайні (p < 0,0001). Хімерні зародки підсадили в матку свиней і доростили їх до 20 або 27 дня розвитку. Зовні вони виглядали абсолютно нормальними.
Після цього дослідники виміряли вміст людських клітин всередині зародків: воно склало від однієї на тисячу до однієї на сто тисяч клітин свині. При цьому 99,2 відсотка клітин м'язів (судячи з експресії маркера), які знайшлися всередині зародків, світилися зеленим, тобто м'язи всередині химери виявилися повністю людськими.
Крім того, дослідників цікавило, чи вбудувалися клітини людини в інші органи свиней. Однак вони не виявили слідів людських клітин ні в серцевому м'язі, ні в нервовій тканині (схожі результати вони отримали і для химер з двох видів свиней).
Таким чином, авторам роботи вдалося отримати гуманізовану тканину всередині хімерного зародка. Однак знадобляться додаткові зусилля, щоб довести цей метод до практичного застосування. По-перше, етичні обмеження на експерименти в багатьох країнах не дозволяють вирощувати ембріони з нервовою тканиною людини довше 14 днів (докладніше про це - в нашому тексті «14 днів потому»). І хоча в цьому конкретному експерименті ніяких клітин людини в мозку зародків, що розвиваються, дослідникам ще належить це неодноразово підтвердити - а заодно, з'ясувати, чому так відбувається і як це передбачити.
По-друге, навряд чи хто-небудь дозволить пересаджувати людям клітини без гена - одного з головних захисників від пухлинної трансформації. У цьому конкретному експерименті видалення цього гена послужило лише доказом того, що генетична модифікація може допомогти клітинам вижити всередині хімерного зародка. Однак для застосування на практиці, ймовірно, доведеться підібрати якихось інших кандидатів на видалення.
У 2019 році ми розповідали про те, що в Японії схвалили створення хімерних ембріонів з клітин людини і гризунів, а в Китаї вже створили (і потім знищили) хімерні зародки людини і мавпи. А восени 2020 року ми запитали у наших читачів, чи готові вони до появи химер людини і свині - ви можете пройти це опитування в матеріалі «Свиняче серце» і порівняти результати з позицією японців і американців.