În cadrul unui experiment revoluţionar, oamenii de ştiinţă au reuşit să cultive cu succes rinichi hibrizi constând atât în celule umane, cât şi în celule de porc, în interiorul unor porci. Noua cercetare îşi propune să deschidă calea pentru generarea altor organe umane în porci, cum ar fi inima şi pancreasul, cu obiectivul final de a optimiza tehnologia pentru transplantul de organe umane.
Cercetătorii de la Institutul Guangzhou pentru biomedicină şi sănătate din cadrul Academiei Chineze de Ştiinţă au creat cu succes embrioni chimerici care conţin o combinaţie de celule umane şi porcine.
Atunci când au fost transferaţi în mame surogat de porc, rinichii umanizaţi în curs de dezvoltare au avut o structură şi o formare normală a tubulilor după 28 de zile.
Este prima dată când oamenii de ştiinţă au reuşit să crească un organ umanizat solid în interiorul unei alte specii, deşi studii anterioare au folosit metode similare pentru a genera ţesuturi umane, cum ar fi sângele sau muşchii scheletici, în porci.
Acest progres în dezvoltarea rinichilor marchează prima dată când cercetătorii au reuşit să cultive cu succes un organ solid „umanizat" în interiorul unei alte specii.
Conduşi de o echipă de la Institutul de biomedicină şi sănătate Guangzhou, din China, cercetătorii s-au concentrat asupra rinichilor, deoarece aceştia se numără printre primele organe care se dezvoltă şi sunt cele mai frecvent transplantate.
„Organele de şobolan au fost produse în şoareci, iar organele de şoarece au fost produse în şobolani, dar încercările anterioare de a creşte organe umane în porci nu au reuşit", a declarat autorul principal, profesorul Lai Liangxue, într-un comunicat.
Abordarea îmbunătăţeşte integrarea celulelor umane în ţesuturile primitoare şi permite creşterea de organe umane la porci.
Integrarea celulelor stem umane în embrionii de porc a reprezentat o provocare, deoarece celulele de porc concurează mai mult decât cele umane, iar celulele umane şi cele de porc au nevoi fiziologice diferite.
(Foto: Imaginea prezintă un prim-plan al celulelor renale umanizate - fluorescenţă roşie - în interiorul embrionului, în comparaţie cu un embrion de porc de tip „sălbatic". Ccredit: Wang, Xie, Li, Li, Li şi Zhang et al/Cell Stem Cell)
„Am lucrat la mecanisme pentru a depăşi eficienţa extrem de scăzută în chimera interspecii. Am identificat câţiva factori critici care sporesc formarea de chimeră interspecii prin facilitarea competiţiei între celule", explică un alt autor, profesorul Guangjin Pan.
Abordarea echipei se bazează pe trei tehnici cheie:
1. Crearea unei nişe în interiorul embrionului de porc, folosind tehnologia CRISPR, pentru a elimina concurenţa celulelor de porc. Acest lucru a fost realizat prin ingineria genetică a embrionului de porc pentru a elimina două gene esenţiale pentru dezvoltarea rinichilor.
2. Modificarea celulelor stem pluripotente umane - celule cu potenţialul de a deveni orice tip de celule - pentru a le spori integrarea şi supravieţuirea. Acest lucru a fost realizat prin inhibarea temporară a apoptozei (moartea celulară programată).
3. Cultivarea acestor celule stem modificate într-un mediu special pentru a le transforma în celule „naive", asemănătoare celulelor embrionare umane timpurii.
(Foto: Imaginea arată celule renale umanizate - fluorescenţă roşie - în interiorul embrionului, în comparaţie cu un embrion de porc de tip "sălbatic". Credit: Wang, Xie, Li, Li, Li şi Zhang et al./Cell Stem Cell)
Echipa de cercetători a transferat un total de 1.820 de embrioni în 13 mame surogat de porc.
După 25 până la 28 de zile, au întrerupt sarcinile pentru a examina embrionii.
Cercetătorii au colectat cinci embrioni chimici pentru analiză (doi la 25 de zile şi trei la 28 de zile după implantare) şi au constatat că aceştia aveau rinichi cu o structură normală pentru stadiul lor de dezvoltare şi erau compuşi în proporţie de 50-60% din celule umane.
La 25-28 de zile, rinichii se aflau în stadiul de mezonefros (al doilea stadiu de dezvoltare a rinichilor); aceştia formaseră tubuli şi muguri de celule care vor deveni în cele din urmă ureterele care vor conecta rinichiul la vezica urinară.
Echipa a investigat, de asemenea, dacă celulele umane au contribuit la alte ţesuturi din embrioni, ceea ce ar putea avea implicaţii etice, în special dacă s-ar fi găsit celule umane abundente în ţesuturile neuronale sau germinale şi dacă porcii erau aduşi la termen.
Aceştia au arătat că celulele umane erau localizate mai ales în rinichi, în timp ce restul embrionului era compus din celule de porc.
„Am descoperit că, dacă se creează o nişă în embrionul de porc, atunci celulele umane merg în mod natural în aceste spaţii", explică autorul principal Zhen Dai de la Institutul Guangzhou.
„Am văzut doar foarte puţine celule neuronale umane în creier şi măduva spinării şi nicio celulă umană în creasta genitală, ceea ce indică faptul că celulele stem pluripotente umane nu s-au diferenţiat în celule germinale", a precizat cercetătorul chinez
Acest lucru poate fi prevenit în continuare prin eliminarea altor gene în celulele stem pluripotente umane, care pot fi testate în studiile viitoare, spun cercetătorii.
Echipa explică faptul că celulele umane au fost în mare parte limitate la rinichi, reducând astfel preocupările etice legate de potenţiala prezenţă a celulelor umane în ţesuturile neuronale sau germinale.
Acum, că au optimizat condiţiile de creştere a rinichilor umanizaţi în chimera om-porc, echipa doreşte să permită rinichilor să se dezvolte pe o durată mai lungă.
De asemenea, ei lucrează pentru a genera alte organe umane la porci, inclusiv inima şi pancreasul.
Obiectivul pe termen lung este acela de a optimiza această tehnologie pentru transplantul de organe umane, dar cercetătorii recunosc că munca va fi complexă şi ar putea dura mulţi ani.
Cultivarea unui organ umanizat complet funcţional într-un porc ar necesita câteva etape suplimentare, deoarece organele sunt compuse din mai multe tipuri de celule şi ţesuturi.
În acest studiu, cercetătorii au creat o nişă pentru un singur subset de celule, ceea ce înseamnă că rinichii aveau celule vasculare derivate din porc, iar acest lucru ar putea provoca respingerea organului dacă ar fi folosite într-un scenariu de transplant.
„Deoarece organele nu sunt compuse dintr-o singură linie celulară, pentru a avea un organ în care totul provine de la om, va trebui probabil să modificăm porcii într-un mod mult mai complex, iar acest lucru aduce, de asemenea, o provocare suplimentară", spune dr. Miguel Esteban, unul dintre autorii principali ai studiului.
Între timp, această tehnologie ar putea fi folosită pentru a studia dezvoltarea organelor umane şi bolile de dezvoltare.
„Înainte de a ajunge la acea stare târzie de fabricare a organelor care pot fi păstrate 'pe raft' pentru practica clinică, această metodă oferă o fereastră pentru studierea dezvoltării umane", spune Esteban.
„Poţi urmări celulele umane pe care le injectezi şi le poţi manipula astfel încât să poţi studia bolile şi modul în care se formează liniile celulare", a mai precizat cercetătorul.
Cercetarea a fost publicată joi, 7 septembrie, în revista Cell Stem Cell.
