На этой неделе издание The Telegraph сообщило, что в Великобритании могут разрешить эксперименты по выращиванию человеческих органов в организме животных.
В частности комитет по использованию животных в научных исследованиях (Animals in Science Regulation Unit) британского Хоум-офиса намерен вскоре выпустить специальную инструкцию по работе с «химерами» – животными, в организме которых есть человеческие органы. Но следует все-таки помнить, что пока подобные разработки находятся на стадии ранних экспериментов. И британские законодатели пока еще не говорят о разрешении выращивать в организме свиньи человеческих почек с последующей пересадкой их человеку. Чтобы это стало возможным, необходимо достичь успеха в экспериментах, а затем еще и пройти долгую процедуру проверки безопасности для пациентов. Чудеса, подобные тем, которые проделывали доктор Моро или профессор Преображенский, завтра не произойдут в реальной жизни. Но, вполне возможно, произойдут послезавтра.
Желание найти источник органов для трансплантации в животном мире появилось давно. Даже при оптимально организованной трансплантационной службе дефицит донорских органов всегда будет ощущаться. Как сообщает тот же The Telegraph, в 2014 году в Великобритании как минимум 429 пациентов умерли, не дождавшись подходящего донора. К тому же врачи отмечают, что качество донорских органов снижается. Доноры становятся старше, доноры становятся толще. Сейчас в Великобритании четверть донорских органов берутся от доноров, страдавших ожирением. Всего восемь лет назад таких было лишь одна восьмая.
Альтернативой в данном случае может стать ксенотрансплантация – пересадка органов другого вида. Но тут препятствием становится иммунная система пациента, которая отторгает чужеродный орган. Искусственное подавление иммунитета тоже вредно для организма. В результате пока достижения ксенотрансплантации довольно скромные.
Найти выход пытаются различными способами. Во-первых, чаще всего некоторые трансплантаты животного происхождения (хрящи, сухожилия, сердечные клапаны) можно использовать, если предварительно обработать их так, чтобы удалить молекулы, вызывающие иммунный ответ. Как правило, это химическая обработка или использование ультразвука.
Во-вторых, у свиньи или обезьяны можно изъять орган и полностью очистить его от клеток, сохранив лишь внеклеточный матрикс – своеобразный каркас органа. У человека тем временем получают индуцированные плюрипотентные стволовые клетки и направляют их на нужный путь развития, чтобы они дифференцировались в нужный тип клеток. Когда это происходит, каркас в лабораторных условиях заселяют этими клетками. А затем полученный орган можно будет пересадить в организм этого пациента. Подобные технологии сейчас разрабатываются.
Третий способ состоит в генетической модификации организма животного, делающей его органы более приемлемыми для иммунной системы человека. Для этого ученые отключают или модифицируют определенные гены в организме, например, свиней, останавливая синтез белка, вызывающего отторжение органа.
Летом 2014 года ученые из Национального института сердца, легких и крови США (National Heart, Lung, and Blood Institute, NHLBI) добились, чтобы сердца поросят, пересаженные в брюшную полость бабуина и подключенные к его кровеносной системе, оставались живыми и работоспособными от 200 до 500 дней. Для этого они сочетали генетическую модификацию поросят с иммуносупрессией у бабуина. Год спустя исследователи из США и Китая установили рекорд по длительности работы почки свиньи в организме бабуина – 136 дней.
Ученые считают, что в ближайшее время эти рекорды будут побиты за счет значительной доработки генома свиньи при помощи наиболее популярного теперь инструмента редактирования – системы CRISPR/Cas9. В октябре 2015 года компания eGenesis сообщила о модификации сразу 62 генов у эмбрионов свиньи.
Все эти гены относятся к так называемым эндогенными ретровирусам. Когда-то такие вирусы попали в организм предков свиней извне. В процессе обратной транскрипции вирусной РНК построилась соответствующая цепочка ДНК, которая встроилась в ядерный геном. Однако вирусная инфекция в дальнейшем была побеждена, экспрессия генов с вирусной ДНК прекратилась и та осталась в геноме животного, передаваясь из поколения в поколения. Подобные эндогенные ретровирусы есть, конечно, не только у свиней, но и у множества других животных. У человека такие вирусы составляют 5 – 8 % генома. Сейчас ученые устанавливают эволюционную историю организмов на основе того, какие эндогенные вирусы в их геномах общие, а какие – различные. Чаще всего эндогенные вирусы оказываются неактивными элементами генома, но в некоторых случаях в ходе эволюции их удается приспособить к полезному делу. Например, пару лет назад установили, что один специфический для генома людей ретровирус стал регуляторным элементом, управляющим работой важного для нервной системы гена. Бывает и так, что эндогенные вирусы активируются внешними факторами (например, новыми вирусами, проникшими в клетку), тогда они могут нанести серьезный вред.
Но почему специалисты из eGenesis так ополчились на эндогенные ретровирусы свиньи? Оказывается, что, по мнению ученых, именно эти элементы свиного генома в наибольшей степени ответственны за отторжение органа иммунной системой человека. В результате клетки с отредактированными геномами в 1000 раз более вероятно приживутся на новом месте. В будущем компания планирует создать клонов свиней с полностью удаленными из генома эндогенными ретровирусами и использовать их в качестве источника донорских органов.
Но наиболее перспективным кажется другой метод получения органов, при котором в организме свиньи действительно будет расти полноценный человеческий орган, не требующий при трансплантации никакого подавления иммунитета. В данном случае тоже всё начинается с редактирования генома у эмбрионов свиньи. Только у них изменяют не гены, работа которых приводит к атаке со стороны иммунной системы человека, а гены, ответственные за формирование определенных органов еще на внутриутробном периоде. «Мы можем сделать животное без сердца. Мы спроектировали свиней, у которых нет скелетных мышц или кровеносных сосудов», – говорит Дэниел Гэрри (Daniel Garry), участник проекта по созданию животных-химер из Университета Миннесоты.
При этом развитие эмбриона, лишенного каких-то органов или целых систем организма, не прекращается, так как исследователи подсаживают ему индуцированные плюрипотентные стволовые клетки человека, у которых ген, отвечающий за нужный орган, работает нормально. Благодаря большой пластичности в развитии эмбрионов эти клетки направляются на создание данного органа, и он появляется и успешно работает. Только состоит он уже не из свиных, а из человеческих клеток.
Как сообщила группа ученых из Института Солка в Калифорнии и Университета Миннесоты, в течение 2015 года ими были созданы около 20 таких гибридных эмбрионов и они были успешно имплантированы в организм подопытных животных (свиней и овец). Правда, развитие эмбрионов не довели до рождения. Пока результаты этого эксперимента не отражены в научных публикациях, так что детали его неизвестны.
Но уже сейчас понятно, насколько перспективен такой метод. Люди, которые сейчас годами ждут подходящего донора для пересадки печени, почки, сердца или другого органа, смогут получить его в короткий срок. У таких пациентов будут брать клетки, при помощи уже хорошо известных методов делать из них индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Затем при помощи описанной выше манипуляции с эмбрионом получать животное с нужным органом.
Эксперименты по выращиванию органов и тканей организмах другого вида сейчас ведут многие научные коллективы. Например, в 2010 году Хиромису Накаути с коллегами из Университета Цукубы вырастили таким образом поджелудочную железу крысы в эмбрионе мыши. Два года спустя они же получили почки, а сейчас, как и их коллеги из США, работают над выращиванием человеческих органов в организме свиней.
