Jak mohou vědci pěstovat orgány - a co jim brání

Koncept regenerace zaujal společnost po celá desetiletí. Je zobrazen ve vesmíru Marvel a DCU jako supervelmoc druhů, což dává postavám schopnost přežít i v horších scénářích. Vzhledem k tomu, že slavné postavy, jako je Deadpool, jsou schopné znovu pěstovat celé končetiny, není divu, že vědci jsou natolik fascinováni, aby přemýšleli, jak replikovat takovou schopnost. Představte si, že jste schopni se odrazit od ztráty paže. Už bychom se nemuseli bát amputace. Nebo být schopen jednoduše vystřihnout části našich těl, které nepracují správně, protože vědí, že to vyroste přesně tak, jak to bylo před onemocněním?

Už to není kouzlo a není to ani přísné tajemství. Odpověď spočívá v pluripotentních kmenových buňkách. Tyto buňky jsou schopny se duplikovat a diferencovat na jiné buňky, jakoukoli buňku v lidském těle. Ty se nejčastěji vyskytují v embryích. Dospělí však mají v kůži určitý typ kmenových buněk známý jako somatické kmenové buňky. Tyto buňky se dokážou duplikovat, ale mohou se stát pouze kožními buňkami, ztrácejí svou speciální schopnost přeměnit se v cokoli.

To je důvod, proč vědci hledají pluripotentní kmenové buňky, protože se mohou v lidském těle diferencovat na jakýkoli typ buňky. Díky tomu máme přesný nástroj, který lze použít k záchraně potenciálně milionů životů, k opětovnému růstu částí těla a k opravě degenerovaných orgánů, tak proč jsme ho ještě nepoužili?

Hlavně jde o jednu věc: etiku.

Trojrozměrný model blastocysty se spodní hmotou viditelnou na dně

Problém

Před diskusí o etice je důležité nejprve pochopit, odkud kmenové buňky pocházejí. Pluripotentní kmenové buňky pocházejí hlavně z darovaných embryí. Po oplodnění vajíčka se za 5 dní vyvine blastocysta. V tomto blastocystě je malý shluk buněk známý jako masa vnitřních buněk. Tato hmota sestává z pluripotentních kmenových buněk, buněk, které by se mohly diferencovat na jakýkoli jiný typ buněk.

Většina žen žádá lékaře, aby oplodnili více vajíček, v případě, že některá embrya selhávají mutací nebo smrtí. Nakonec však vědci v matčině lůně vysadí jen jedno embryo, tak co se stane se zbytkem?

Mnoho z nich se zahodí. Zdravé nebo ne.

Existují i ​​jiné možnosti, kde mohou matky darovat zdravá embrya, aby je mohly používat ostatní, ponechaly je ve skladu nebo je daly na výzkum. Embrya, která nejsou životaschopná pro transplantaci, jsou však většinou považována za vědu. Tady přichází tento problém. Mnoho lidí nechce darovat embrya vědě, ať už jsou životaschopná nebo ne.

V očích mnoha lidí je darování embrya vědě, ať už může vyrůstat v život nebo ne, viděn ve stejném světle jako potrat. Téma, kdy se embryo skutečně stane životem, je obtížné měřit, a pro někoho není odpověď ve vědě, ale může spočívat v náboženství, rodinných hodnotách nebo jiných oblastech. To vedlo mnoho států a zemí k zavedení přísných pravidel týkajících se používání embryí ve výzkumu. I když osobně věřím, že je to osobní rozhodnutí matky o tom, co se stane s jejím embryím, a pouze její volba, co kdyby existoval způsob, jak se této záležitosti úplně vyhnout? Existuje způsob, jak vědci studovat kmenové buňky, aniž by je získali z blastocysty?

Tady je.

Indukované pluripotentní kmenové buňky

V roce 2006 našel Shinya Yamanaka způsob, jak vytvořit kmenové buňky z buněk, které již na vašem těle existují, v jejich diferencované formě.

Zjistil, že zavedením čtyř genů transkripčního faktoru do DNA kožních buněk známých jako Oct3 / 4, SOX2, c-Myc a KLF4, mohl vytvářet buňky, které fungovaly jako pluripotentní kmenové buňky, podobně jako embryonální kmenové buňky! Transkripční faktory jsou proteiny, které ovlivňují způsob, jakým je DNA exprimována v buňce a určují diferenciaci.

Kromě toho určité hormony a blízkost k jiným typům buněk také ovlivňují buněčnou diferenciaci. Dr. Yamanaka a tento tým vytvořili termín „Induced Pluripotent Stem Cells“ (iPS Cells), který označuje buňky vytvořené tímto způsobem. Vědci se již nemusejí spoléhat na embrya kmenových buněk a mohou je použít k experimentování a modelování nemocí.

Vědci pěstovali orgány, jako je srdce výše, z kmenových buněk. Tyto implantáty však byly implantovány do něčího těla, pokud buňky nebyly jejich vlastní.

Ještě lepší část je, že tyto buňky obsahují DNA osoby, ze které byly získány, což znamená, že pokud jsou použity k vytvoření orgánů nebo regeneraci částí těla, existuje jen velmi malá šance, že tělo část odmítne. Tělo rozpoznává DNA jako svou vlastní a lidský imunitní systém nenapadne a nezničí orgán. Ale nejde o nedávný útěk. Lidé věděli o buňkách iPS 12 let, takže jsme nezačali znovu pěstovat končetiny a ztenčovat seznam transplantací orgánů?

Bariéra

Ukázalo se, že zavedení těchto čtyř genů je náročné. Abychom do buňky přidali geny, museli bychom uvnitř DNA modifikovat. Původně byly geny transkripčního faktoru zavedeny do buňky pomocí viru, protože viry skvěle modifikují sekvenci DNA. Ve své práci však byli příliš dobří. V buňkách modifikovaných virem byla vysoká míra rakoviny a dalších mutací, které vědci neočekávali. Náhodná a nestálá povaha virů z nich činí riskantní volbu pro úpravu DNA v kmenových buňkách pro léčbu a transplantaci. Co když transplantujete pankreas vytvořený buňkami modifikovanými virem a orgán později vyvinul rakovinu? To by nejen způsobilo opětovné selhání slinivky břišní, ale také vystavilo pacienta riziku.

Jiným způsobem by bylo použít CRISPR k úpravě genů v buňkách, což je mnohem méně riskantní než použití viru. Tato možnost je v současné době zkoumána vědci a laboratořemi po celém světě.

Klíčové cesty:

  • Kmenové buňky jsou velké. Můžete je použít k pěstování orgánů, končetin nebo dokonce modelování nemocí v laboratoři
  • Kmenové buňky jsou jedinečné, protože se mohou replikovat a diferencovat na jakoukoli buňku v lidském těle
  • Etika je ve výzkumu kmenových buněk velkým problémem! Lidé mají odlišné názory na to, zda by vědci měli experimentovat s vyřazenými embryi, což nakonec zpomaluje pokrok
  • Indukované pluripotentní kmenové buňky mohou být vyrobeny z dospělých buněk a zcela se vyhýbají etice
  • Je těžké zavést geny do kmenových buněk, ale s využitím technologií, jako je CRISPR, je věda na dobré cestě k dosažení úžasných výkonů v regenerativní medicíně.