Redaktørens note: Tilmeld dig CNN’s Wonder Theory science nyhedsbrev. Udforsk universet med nyheder om fascinerende opdagelser, videnskabelige fremskridt og meget mere.
Forskere har dyrket nyrer, der hovedsageligt indeholder menneskelige celler inde i svineembryoner, et stort skridt i retning af at dyrke nyrer og potentielt andre menneskelige organer, der kan bruges til transplantationer i mennesker.
Teknikken, der er beskrevet i et nyt studie offentliggjort torsdag i det videnskabelige tidsskrift Cell Stem Cell, går ud på at ændre den genetiske sammensætning af svineembryoner og injicere humane celler, der vil danne en nyre inde i dyrene. De involverede forskere sagde, at det er første gang, det er lykkedes forskerne at dyrke et solidt humaniseret organ inde i en anden art.
Ifølge undersøgelsen begyndte embryonerne, når de blev implanteret i surrogatmødre til svin, at udvikle nyrer, der hovedsageligt indeholdt menneskelige celler, som havde en normal struktur efter 28 dages udvikling.
“Det tog fem år,” sagde seniorstudieforfatter Miguel Esteban, en hovedforsker ved Guangzhou Institute of Biomedicine and Health, Chinese Academy of Sciences.
“Vi genetisk modificerede grisen for at skabe et rum, hvor menneskelige celler kunne vokse med mindre konkurrence fra svineceller, og vi modificerede også menneskelige celler for at overleve i et miljø, der ikke var det naturlige,” sagde Esteban via e-mail.
Nyrer er de mest almindeligt transplanterede organer hos mennesker, med mere end 88.500 mennesker, der venter på en transplantation i USA, ifølge Organ Procurement and Transplantation Network.
Målet med den eksperimentelle forskning er at bruge denne teknologi til at skabe organer fra en enkelt patients celler, ved hjælp af grise, der i det væsentlige fungerer som inkubatorer, med en deraf følgende meget lav risiko for afstødning. Det kan dog tage år, og processen ville være kompleks, påpeger forfatterne.
“I sidste ende vil vi gerne producere modne menneskelige organer, der kan bruges til transplantationer eller sygdomsmodellering, men dette vil tage tid, og vi vil sandsynligvis stå over for yderligere tekniske barrierer, når vi bevæger os fremad,” sagde Esteban. – Vi tror dog, det er muligt.
Holdet arbejder også på at generere andre menneskelige organer i griseembryoner, herunder hjertet og bugspytkirtlen.
“Artiklen beskriver de banebrydende trin i en ny tilgang til organbioteknik, der bruger grise som inkubatorer til dyrkning og dyrkning af menneskelige organer,” sagde Dusko Ilic, professor i stamcellevidenskab ved King’s College, i en erklæring fra London. Han var ikke involveret i forskningen.
Kimær organisme
Det er ikke første gang, at videnskabsmænd har skabt en menneskelig svinekimær, en organisme, der indeholder DNA fra to forskellige arter opkaldt efter det mytiske græske monster. Et team af videnskabsmænd, herunder Jun Wu, en lektor ved University of Texas Southwestern Medical Center, gjorde det i 2017. Wu kaldte den seneste undersøgelse “opmuntrende” og “vigtig”.
Mary Garry, en cellebiolog ved University of Minnesotas Lillehei Heart Institute, skabte delvist menneskelige, delvist svineembryoner med menneskeligt muskelvæv og endotel, en membran, der forer blod- og hjertekar. Hun var ikke involveret i undersøgelsen.
“Dette er første gang en humaniseret nyre er blevet rapporteret, og det er vigtigt, at hver organmodel er fuldt karakteriseret,” sagde han. “Det er imidlertid kritisk, at det er endeligt bevist, at vævet/organet er menneskeligt, og i denne undersøgelse er dette i øjeblikket uklart.”
Esteban sagde, at der også er svineceller i den humaniserede nyre, men menneskelige celler sejrer og tegner sig for 60% til 70%.
“Det er bemærkelsesværdigt at se, at omkring 60% af den oprindelige svinenyre indeholdt menneskelige celler,” sagde Wu. “I vores undersøgelse er niveauet af bidrag fra menneskelige celler meget lavt, og denne undersøgelse var i stand til at forbedre det kimære bidrag fra menneskelige celler og, endnu vigtigere, koncentrere dem i nyren.”
Hvis graviditeten kunne fortsætte yderligere, tilføjede Esteban, er det muligt, at andelen af menneskelige celler i nyren ville stige og potentielt danne hele organet undtagen det vaskulære system.
“I sidste ende vil produktion af modne nyrer (med) alle menneskelige celler kræve yderligere genetisk manipulation af værtsgriseembryonet, men det kan lade sig gøre,” sagde han.
Hvad forskerne gjorde
For at generere nyrer, der hovedsageligt består af humane celler hos grise, brugte forskere banebrydende teknikker og udnyttede fremskridt inden for stamceller, genredigering og embryologi.
Først brugte de CRISPR-genredigering til at ændre den genetiske sammensætning af svineembryoner, så de manglede to gener, der var nødvendige for nyreudvikling.
For det andet konstruerede forskerne menneskelige pluripotente celler – som er meget brugt i biologisk forskning og kan udvikles til enhver type menneskelig celle – til at ligne tidlige menneskelige embryonale celler og injiceret dem i det ændrede svineembryo.
For det tredje identificerede forskerne de optimale laboratorieforhold til at levere de rigtige næringsstoffer og signaler til både menneske- og svineceller, som har forskellige behov. Efter seks eller syv dage implanterede de de udviklende embryoner i surrogatsøer i 28 dage.
“At få cellerne til at tilpasse sig miljøet i griseembryonet og trofast differentiere sig til nyrelinjen var udfordrende,” sagde Esteban.
Når de blev overført til surrogatmødre, havde de udviklende humaniserede nyrer “normal struktur og tubulidannelse” efter 28 dage, sagde holdet.
“Det er en nyre i det midterste udviklingsstadium og derfor underudviklet, ikke en moden nyre,” sagde Esteban. “Men dette er et stort skridt fremad, da det opmuntrer os og andre forskere til at tro, at det er muligt at producere en moden nyre, når andre tekniske forhindringer er løst.”
Etiske overvejelser
Etiske overvejelser omgiver denne type forskning. Disse omfatter dyrevelfærd og bekymring for, at menneskelige celler kan være involveret ikke kun i dannelsen af nyren, men også andre væv i grisen, såsom hjernen, hvilket øger muligheden for, at forsøgene kan påvirke dyrets adfærd.
“Den største bekymring ville være, hvis der var et stort bidrag af menneskelige celler til uønskede genetiske linjer, og grisene blev bragt til termin, hvilket vi åbenbart heller ikke har gjort,” sagde Esteban.
“Det er meget vigtigt at bemærke, at bidraget fra menneskelige celler til andre afstamninger udover nyrerne har været meget begrænset. Vi så meget få menneskelige celler i centralnervesystemet og ingen i kimlinjen (reproduktionsceller).
Han tilføjede: “Vi er meget forsigtige med, hvad vi gør og bevæger os meget forsigtigt og trin for trin med denne forskning for at undgå enhver etisk kontrovers.”
En anderledes tilgang til xenotransplantation
Esteban og hans teams arbejde er en anden tilgang end xenotransplantation, som er brugen af ikke-menneskelige væv eller organer til at behandle medicinske tilstande hos mennesker.
I de senere år har mindst to separate grupper af forskere transplanteret svinenyrer til hjernedøde mennesker. Der er dog behov for mere arbejde, herunder undersøgelser af levende menneskelige modtagere, for at afgøre, om svinenyretransplantationer kan være en livline for mennesker med nyresygdom i slutstadiet.
“Dette (nye) arbejde adskiller sig fra den eksisterende xenotransplantationstilgang og har til formål at generere organer, der hovedsageligt består af humane celler i grise,” sagde Wu.
“Det vil være fordelagtigt i fremtidige undersøgelser at kombinere de to og berige genetisk modificerede svineorganer med humane celler for at gøre dem mere menneskelignende.”
Joseph A. Vassalotti, medicinsk direktør for US National Kidney Foundation og klinisk professor ved Icahn School of Medicine ved Mount Sinai, sagde, at selvom disse tilgange inspirerer til undren og spænding, er den seneste forskning et skridt fremad i en lang proces.
“Jeg lykønsker forskerne for at udføre kompleks og fascinerende forskning, vi er nødt til at forstå det store billede,” sagde Vassalotti via e-mail. “Hvis det at udvikle en ‘humaniseret’ nyre i en gris og transplantere den til et menneske er som en ti-etagers bygning, så har efterforskere måske tilføjet flere mursten.”
For flere CNN-nyheder og nyhedsbreve skal du oprette en konto på CNN.com