Исследователи создали химерные эмбрионы человека-обезьяны из стволовых клеток человека и эмбрионов приматов. Новая технология позволила им сохранять химерные эмбрионы живыми в чашке Петри до 19 дней без трансплантации их в матку. Исследователи изучили связь между человеческими и обезьяньими клетками внутри эмбриона. Достижения в исследованиях химер могут помочь в будущем получить новое понимание биологии развития и эволюции. Кроме того, химеры с человеческим компонентом можно использовать в качестве модельных организмов для исследования болезней или для испытаний лекарств. Их можно было даже использовать как источник донорских органов. Однако все эти подходы поднимают важные этические вопросы.
Для исследования болезней человека или тестирования лекарств для использования на людях исследователи обычно используют модели на животных. Однако во многих случаях переносимость сомнительна. В поисках надежных альтернатив некоторые исследовательские группы, среди прочего, изучают, насколько человеческие стволовые клетки могут размножаться у других видах и доступны для дальнейшего исследования.
Пока что исследования химер находятся на начальной стадии. Химеры существовали между грызунами, особенно мышами и крысами, с 1970-х годов. С целью выращивания донорских органов были предприняты попытки вырастить человеческие органы у свиней. Но, если не считать этических соображений, до сих пор не удалось создать химеры,
Химеры как модельные организмы?
Команда под руководством Тао Тана из Куньминского университета науки и технологий в Китае впервые вырастила химерные эмбрионы людей и обезьян.
«Поскольку мы не можем проводить определенные типы экспериментов на людях, важно, чтобы у нас были более совершенные модели для лучшего изучения и понимания человеческой биологии и болезней», - говорит соавтор Хуан Карлос Изписуа Бельмонте из Института биологических наук Солка в США. «Важной целью экспериментальной биологии является разработка модельных систем, позволяющих изучать болезни человека в естественных условиях».
Для создания химер исследователи культивировали оплодотворенные яйцеклетки макак. Через шесть дней в полученные бластоцисты ввели плюрипотентные стволовые клетки человека. Чтобы иметь возможность идентифицировать человеческие клетки при дальнейших исследованиях, они пометили их флуоресцентным белком. Через день после инъекции они смогли обнаружить человеческие клетки у всех 132 эмбрионов. По этическим причинам они не имплантировали химерные зародыши в матку, а вместо этого позволили им расти в чашке Петри. Это стало возможным благодаря недавно разработанной технологии, которая позволяет сохранять эмбрионы обезьян живыми вне тела в течение более длительных периодов времени - до 20 дней.
Взаимодействие между человеческими и обезьяньими клетками в эмбрионе
В ходе исследования выживаемость эмбрионов резко снизилась. На десятый день были живы 103 химерных эмбриона, на 19 день - только три. Кроме того, человеческие клетки развились дальше только у некоторых из выживших. На девятый день после оплодотворения исследователи обнаружили человеческие клетки примерно в половине эмбрионов, а на 13-й день - примерно в каждом третьем. По сравнению с контрольными нехимерными эмбрионами, выращенными таким же образом, химеры развивались несколько медленнее. Исследователи также заметили, что человеческие клетки имеют тенденцию формировать свои собственные группы внутри организма и отделяться от клеток обезьяны.
«В прошлом создание химер человек-животное страдало из-за низкой эффективности и интеграции человеческих клеток в организм-хозяин», - говорит Изписуа Бельмонте.
Попытки вывести химер от людей и мышей или людей и свиней, вероятно, потерпели неудачу, потому что виды эволюционно слишком далеки друг от друга, и поэтому клетки в химерных эмбрионах имеют слишком разные ритмы развития. Текущий эксперимент с людьми и макаками оказался самым успешным.
«Порождение химеры между человеком и нечеловеческим приматом, видом, более близким к человеку по эволюционной временной линии, чем все виды, используемые до сих пор, позволяет нам лучше понять, в какой степени существуют эволюционно обусловленные барьеры для создания химер и есть ли средства, с помощью которых мы можем их преодолеть», - говорит Изписуа Бельмонте.
Требуется этический дискурс
Чтобы определить такие возможные эволюционные барьеры, исследователи проанализировали и сравнили транскриптом клеток человека и обезьяны в химерах. Это дает информацию о том, какие гены активны в клетках. Кроме того, они исследовали связь между камерами.
«С помощью этого анализа мы определили несколько каналов связи, которые были либо новыми, либо усиленными в химерных клетках», - объясняет Изписуа Бельмонте. «Если мы поймем, какие пути участвуют в коммуникации химерных клеток, мы, возможно, сможем улучшить эту коммуникацию и повысить эффективность химеризма у вида-хозяина, который эволюционно еще дальше удален от человека».
Помимо научных препятствий на этом пути, этические соображения также играют важную роль во всех исследованиях химер человека и животных. В комментарии к исследованию, также опубликованном в журнале Cell, Генри Гринли из Стэнфордского университета и Нита Фарахани из Университета Дьюка в Дареме указывают на решающее значение публичного дискурса.
«Удивление публики неожиданными и часто вызывающими беспокойство результатами исследований может иметь серьезные последствия для этого исследования и этих исследователей, а также для доверия общественности к науке в целом», - пишут они.
Было бы еще сложнее, если бы, в отличие от этого эксперимента, эмбрионы были имплантированы в матку и имели возможность расти. В настоящее время это не является целью исследования - по крайней мере, в отношении приматов - и неясно, в какой степени это вообще возможно.
«И все же такие будущие эксперименты сейчас, по крайней мере, правдоподобны», - сказали Гринли и Фарахани. «Мы должны начать думать об этой возможности».
