Рождение химер

Ученые создают гибридных животных, в организме которых планируется выращивать органы для трансплантации людям

Фото: Shutterstock

Две группы ученых в Калифорнии независимо друг от друга проводят эксперименты по созданию гибридных существ, подсаживая клетки одного вида другому на этапе формирования эмбриона. Результаты исследований обнадеживают, однако этическая сторона может вызвать вопросы у общественности. На одной стороне весов – прорыв в трансплантационной медицине, на другой – угроза создания «разумных химер». Есть ли будущее у этих генных технологий?

Белоснежная шкурка, красные пуговки глаз, подвижный носик – на первый взгляд обычные лабораторные крысы. Но на самом деле таких существ еще не рождалось – ведь это крысы, которые появились на свет с одним органом мыши. Этот орган – поджелудочная железа. После вскрытия животных видно, как местами их плоть отсвечивает зеленым. А поджелудочная железа этих крыс просто излучает зеленый свет. Флуоресцентная подсветка обусловлена молекулами-маркерами, сигнализирующими: это не орган крысы. Он сформировался из клеток мыши, «подсаженных» учеными в эмбрионы крыс через несколько дней после оплодотворения.

Такой прорыв совершила группа ученых Стэнфордского университета во главе с Хиромицу Накаучи. В прошлом терапевт, Накаучи решил заняться наукой в надежде, что это позволит ему внести вклад в медицину будущего, когда у врачей будет больше возможностей. Гибрид мыши и крысы должен стать первым шагом на этом пути.

Лечебные химеры

Химеры – в самом этом слове слышится что-то магическое. Мифические существа издавна окрыляют фантазию человека. Человеколев, созданный 35 тыс. лет назад на территории долины Лонеталь на юге современной Германии, считается одним из старейших произведений искусства в истории человечества. Позднее компанию ему составил целый бестиарий из кентавров, сфинксов, грифонов, оборотней и русалок. Химера собственной персоной впервые появляется в «Илиаде» Гомера. Поэт называет ее чудовищем, изрыгающим огонь: «спереди лев, позади же дракон, а коза в середине».

Раньше эти твари существовали только в воображении их творцов. И только около 40 лет назад биотехнологи впервые попытались свести воедино в одном теле разных млекопитающих. Они инъецировали клетки одного вида в эмбрионы другого и наблюдали, как те будут вести себя в чуждой среде.

Долгое время природа сопротивлялась. Так, только отдельные клетки крыс находили себе место в организме мышей. С точки зрения науки это было интересно. Однако чудищ из мира мифов им воссоздать не удавалось.

Возможно, теперь ситуация изменится. Конечно, искусство создания гибридов еще только зарождается. Однако новый инструментарий уже облегчает ученым работу. Прежде всего это так называемое геномное редактирование, позволяющее целенаправленно воздействовать на наследственный материал клеток и более успешно управлять их судьбой.

 Опыты на крысах Хиромицу Накаучи тому подтверждение. Врачу удалось не только вырастить целый орган одного вида в организме другого, но и продемонстрировать медицинский потенциал данной методики: из мышиной поджелудочной железы, изъятой у крыс, он выделил сотни крошечных производящих инсулин островков Лангерганса, которые пересадил страдающим сахарным диабетом мышам. Болезнь отступила. Накаучи надеется, что однажды медики смогут аналогичным образом выращивать человеческие органы в организмах свиней, овец или коров. И дефицит органов для нужд трансплантационной медицины останется в прошлом.

Поэтому в своих экспериментах Накаучи начал осторожно подбираться к органам человека. Он рассказывает, что уже пробовал подсаживать человеческие стволовые клетки в эмбрионы овец. Правда, они плохо «осваивались», и объявлять о результатах пока преждевременно, отмечает он.

Накаучи в принципе не любит рассказывать о таких экспериментах. Он знает, что страх перед появлением говорящих свиней или двуногих овец распространяется быстро. К препятствиям ему не привыкать: в его родной Японии были приняты нормы, запрещающие создание таких «гибридов» человека и животного, после чего Накаучи перешел работать в Стэнфордский университет. Однако скептицизм ждал его и в Америке. Так, Национальный институт здравоохранения США полтора года назад заморозил федеральное финансирование любых экспериментов, целью которых является подсаживание человеческих стволовых клеток в эмбрионы животных.

Теперь большая часть исследований в области создания химер осуществляется в Калифорнии, где правительство штата готово поддерживать этот вид научных исканий. Группа Накаучи получила от Калифорнийского института регенеративной медицины грант в размере $5,5 млн.

От свиньи к человеку

Другие калифорнийские ученые не хотят отставать. Недавно результаты Накаучи удалось превзойти одному из конкурентов, который работает в институте Джонаса Солка в Ла-Хойе: на следующий день после того, как Накаучи в журнале Nature поведал о своем эксперименте с крысами и мышами, Хуан Карлос Испизуа Белмонте опубликовал в конкурирующем издании Cell сведения о том, что ему удалось «сочетать» клетки человека и свиньи. Конечно, он оговаривается: пока речь идет только о наиболее удачных результатах. В других случаях беременность свиноматок прерывалась после 4‑х недель, когда эмбрионы химер достигали размеров 1–2 см. К тому же присутствие человеческих клеток в них было минимальным. Лишь одна из 100 тыс. клеток имела человеческое происхождение, и даже этого удалось достигнуть только с одним из четырех задействованных в эксперименте типов стволовых клеток.

Тем не менее Испизуа Белмонте верит, что это большой шаг к воплощению великой мечты трансплантологов – выращиванию человеческого сердца в организме свиньи. Он хорошо помнит разговор, который его воодушевил. Белмонте признался коллеге, что хотел бы узнать, насколько успешно человеческие клетки могут развиваться в эмбрионах свиньи, и услышал: «Получить ответ можно, только если, засучив рукава, приняться за дело».

Испизуа Белмонте так и поступил. Он провел эксперименты с разными типами стволовых клеток человека, которые подсаживались в организм животных на разных этапах формирования плода.

В большинстве случаев он брал эмбрионы свиней, но также экспериментировал и с эмбрионами коров.

Публикация в журнале Cell позволяет получить представление, насколько решительно его команда включилась в работу. Свиньям было подсажено около 1500 эмбрионов химер, 186 из которых начали развиваться. Такое массовое производство химер предполагает наличие достаточно большого количества животных. Поэтому исследователи из института Солка наладили сотрудничество с животноводческим предприятием Agropor на родине Испизуа Белмонте в Испании.

Изображение кликабельно

Поменяться органами

У ученых уже есть конкретные планы дальнейших действий. Им удалось разработать методику повышения выхода человеческих клеток в организме химеры и управления их развитием. Помесь мыши и крысы от Накаучи продемонстрировала ее возможности. До подсаживания стволовых клеток мыши в эмбрионы крыс он «выключал» в организме хозяина ген PDX1, который во время эмбриогенеза служит «рубильником», включающим формирование поджелудочной железы. В отсутствие PDX1 формируются животные, лишенные данного органа. В организме крысы появляется ниша, которая может быть «заселена» внедренными клетками мышей. При этом ученые используют клетки широкого профиля, способные превращаться в клетки любого органа. Но в основном они развиваются по пути, закрытому для клеток хозяина. В результате появляется организм, в котором рассеяны мышиные клетки, а поджелудочная железа которого полностью состоит из тканей мыши.

В случае с поджелудочной железой данная методика показывает хорошие результаты, поскольку науке известен важный управляющий ген PDX1. Генетическое регулирование развития других органов устроено сложнее, однако Накаучи и его соратники надеются, что смогут адаптировать свою методику. Они уже умеют создавать мышей с зобной железой крыс; Накаучи видит хорошие перспективы для почек, а также легких и печени. Его конкурент Испизуа Белмонте сегодня может похвалиться успехами в «выращивании» сердец и глаз. В его лаборатории на свет появлялись мыши, которые как минимум отчасти смотрели на мир крысиными глазами.

Вопрос, удастся ли с человеком и свиньей повторить те эксперименты, которые оказались успешными с мышами и крысами, остается открытым. Хронометраж развития у этих двух видов слишком разнится. Поросенок появляется на свет через 115 дней после зачатия, в то время как для формирования организма человека необходимо девять месяцев. Чему последуют клетки – встроенному в них метроному? Или адаптируются под темпы развития чужеродного окружения? Пока ученым это неизвестно.

Надежду вселяет открытие, сделанное Накаучи в ходе экспериментов с мышами и крысами. В том, что касается размеров органа, клетки показали удивительную приспособляемость. К примеру, поджелудочная железа из мышиных клеток по размерам соответствовала крысиной. В чужеродном окружении орган разрастался в 10 раз по сравнению с обычными размерами.

Прыжок через века эволюции

Самая трудная задача «химеротворения» связана с преодолением эволюционного разрыва между двумя видами. Mus musculus (домовую мышь) и Rattus norvegicus (серую крысу) разделяют примерно 20 млн лет эволюции. За такое время заметно изменился химический «язык», при помощи которого клетки объясняются друг с другом. Их встречу можно сравнить с беседой шваба с саксонцем: если понадобится, они друг друга поймут, но это будет непросто. Пропасть между человеком и свиньей куда глубже. Последний общий предок Sus scrofa (кабана) и Homo sapiens жил, как считается, 95 млн лет назад – во времена динозавров. Прошло достаточно времени, чтобы накопились мутации, осложняющие коммуникацию на клеточном уровне. Если оставаться при том же сравнении, это аналогично беседе шведа с голландцем: отдельные слова покажутся им знакомыми, однако общий смысл будет непонятен.

Одна из возможностей сократить эволюционную дистанцию состоит в использовании других видов, более близких к человеку. Однако этого ученые предпочитают пока не делать; приматы для них остаются однозначным табу.

Этика генетики

Биоэтическая дискуссия о том, какие виды «химеротворения» считать допустимыми, оставляет странное чувство. Многие представления о гибридных существах из лаборатории вызывают смутный дискомфорт. Но в то же время часто людям трудно объяснить, что именно кажется им предосудительным.

Впрочем, один конкретный повод для тревоги очевиден: скептики опасаются, что в мозгу химер сформируются нервные клетки человека. «Перспектива появления умной мыши, которая будет сидеть в клетке и кричать: «Выпустите меня отсюда!», многих пугает», – констатирует эксперт по этике из Национального института здравоохранения США Дэвид Ресник.

Самим ученым такие страхи кажутся безосновательными. «Пока концентрация человеческих клеток минимальна, изменение когнитивных способностей крайне маловероятно», – убежден Накаучи. Однако он понимает: сюрпризы возможны всегда. Это подтверждает и эксперимент нейробиологов из Рочестерского университета в штате Нью-Йорк, которые подсадили в мозг новорожденных мышей предшественников глиальных клеток головного мозга человека. Получившиеся химеры отличались на удивление хорошей памятью.

Такой эффект Накаучи и Испизуа Белмонте в своих экспериментах с гибридами людей и животных стараются полностью исключить. Поэтому они ищут способы заблокировать возможность развития стволовых клеток в нервные клетки с помощью генетических «рубильников». «Мы уверены, что таким образом нам удастся не допустить попадания человеческих нейронов в мозг химер», – говорит Испизуа Белмонте. Его коллега Накаучи тоже рассчитывает, что такой подход позволит рассеять страхи обывателей. «Надеюсь, люди поймут: мы не создаем чудовищ, мы хотим помочь тяжелобольным», – говорит медик.