Kuidas teadlased saavad elundeid kasvatada - ja mis hoiab neid tagasi

Uuendamise kontseptsioon on ühiskonda aastakümneid intrigeerinud. Seda kujutatakse Marveli ja DCU universumites omamoodi suurriigina, mis annab tegelastele võimaluse ellu jääda ka halvemates stsenaariumides. Kuna sellised kuulsad tegelased nagu Deadpool suudavad terveid jäsemeid uuesti kasvatada, pole ime, et teadlased on piisavalt lummatud, et mõelda, kuidas sellist võimet korrata. Ma mõtlen, et kujutage ette, et suudaksite käe kaotamise tagasi põrgatada. Enam ei peaks me amputatsiooni kartma. Või suudame lihtsalt oma kehaosad, mis ei tööta korralikult, välja lõigata, teades, et see kasvab tagasi täpselt selliseks, nagu see oli enne haigust?

See pole enam maagia ja pole ka ülisalajane. Vastus peitub pluripotentsetes tüvirakkudes. Need rakud on võimelised paljunema ja eristama teisteks rakkudeks inimkeha rakke. Neid leidub kõige sagedamini embrüodes. Kuid täiskasvanute nahas on teatud tüüpi tüvirakud, mida nimetatakse somaatilisteks tüvirakkudeks. Need rakud on võimelised end dubleerima, kuid neist võivad saada ainult naharakud, nad kaotavad oma erilise võime muunduda millekski.

Seetõttu on teadlased väga otsinud pluripotentseid tüvirakke, kuna need võivad eristuda inimkeha igaks rakutüübiks. Seda kasutades on meil täpne tööriist, mida saab kasutada potentsiaalselt miljonite inimelude päästmiseks, kehaosade taaskasvatamiseks ja degenereerunud elundite fikseerimiseks, miks me pole seda siis veel kasutanud?

Peamiselt taandub see ühele asjale: eetikale.

Blastotsüsti kolmemõõtmeline mudel, mille sisemine raku mass on nähtav põhjas

Küsimus

Enne eetika üle arutamist on oluline mõista, kust tüvirakud pärinevad. Pluripotentsed tüvirakud pärinevad peamiselt annetatud embrüotest. Pärast munaraku viljastamist areneb see 5 päeva jooksul blastotsüstiks. Selles blastotsüstides on väike rakukogum, mida tuntakse sisemise raku massina. See mass koosneb pluripotentsetest tüvirakkudest - rakkudest, mis võivad eristuda mis tahes muuks rakutüübiks.

Enamik naisi palub arstidel viljastada mitut muna, juhuks kui mõned embrüod muutuvad muteerunud või surevad. Kuid lõpuks istutavad teadlased emaüsasse ainult ühe embrüo, mis siis juhtub ülejäänutega?

Paljud neist visatakse minema. Tervislik või mitte.

On ka muid võimalusi, kus emad võivad annetada teistele kasutamiseks tervislikke embrüoid, jätta need lattu või anda uuringutele. Embrüod, mis ei ole siirdamiseks elujõulised, on see võimalus, mida teaduse jaoks enamasti peetakse. Siin tulebki teema kõne alla. Paljud inimesed ei soovi embrüoid teadusele annetada, olenemata sellest, kas need on elujõulised või mitte.

Paljude silmis peetakse embrüo annetamist teadusele, olenemata sellest, kas see võib kasvada eluks või mitte, samas valguses kui abort. Teema, millal embrüost tõepoolest elu saab, on raskesti mõõdetav ja mõne jaoks ei peitu vastus teaduses, vaid religioonis, pereväärtustes või muudes valdkondades. See on sundinud paljusid osariike ja riike kehtestama rangeid eeskirju embrüote kasutamise kohta teadusuuringutes. Kuigi ma isiklikult usun, et see on ema isiklik valik selle kohta, mis tema embrüotega juhtub, ja ainult tema enda valik, mis juhtuks, kui oleks võimalus sellest teemast täielikult loobuda? Kas teadlastel on võimalus tüvirakke uurida ilma blastotsüstist hankimata?

Seal on.

Indutseeritud Pluripotentsed tüvirakud

2006. aastal leidis Shinya Yamanaka viisi tüvirakkude loomiseks rakkudest, mis juba eksisteerivad teie kehal nende diferentseeritud kujul.

Ta leidis, et sisestades Oct3 / 4, SOX2, c-Myc ja KLF4 tuntud naharakkude DNA-sse neli transkriptsioonifaktori geeni, võiks ta luua rakke, mis toimiksid nagu pluripotentsed tüvirakud, sarnaselt embrüonaalsete tüvirakkudega! Transkriptsioonifaktorid on valgud, mis mõjutavad DNA rakus ekspressiooni ja määravad diferentseerumise.

Lisaks mõjutavad rakkude diferentseerumist teatud hormoonid ja lähedus teist tüüpi rakkudele. Dr Yamanaka ja see meeskond lõid termini “indutseeritud pluripotentsed tüvirakud” (iPS rakud), et tähistada sellisel viisil loodud rakke. Teadlased ei pea enam tüvirakkude lootuses lootma ja saavad neid rakke kasutada haiguste katsetamiseks ja modelleerimiseks.

Teadlased on tüvirakkudest kasvatanud elundeid, näiteks südant. Kuid need näo tagasilükkamised, kui nad siirdatakse kellegi kehasse, kui rakud ei olnud nende omad.

Veelgi parem osa on see, et need rakud sisaldavad inimese, kellelt see koguti, DNA-d, mis tähendab, et kui neid kasutatakse elundite loomiseks või kehaosade uuendamiseks, on kehal väga väike võimalus see osa tagasi lükata. Keha tunnistab DNA enda omaks ja inimese immuunsüsteem ei ründa ega hävita elundit. Kuid see pole hiljutine läbimurre. Inimesed on iPS-rakkudest teada juba 12 aastat, nii et kas me pole veel hakanud jäsemeid uuesti kasvatama ja elundisiirdamise loendit hõrendama?

Tõke

Nende nelja geeni tutvustamine on osutunud väljakutseks. Geenide lisamiseks rakule tuleks modifitseerida selles olevat DNA-d. Algselt viidi transkriptsioonifaktori geenid rakku viiruse abil, kuna viirused muudavad DNA järjestust suurepäraselt. Siiski olid nad oma töös pisut liiga head. Viirusega modifitseeritud rakkudes esines suurt vähktõbe ja muid mutatsioone, mida teadlased ei osanud ette näha. Viiruste juhuslik ja lenduv iseloom muudab nad tüvirakkude DNA modifitseerimiseks ravi ja siirdamise jaoks riskantseks valikuks. Mis siis, kui siirdaksite viirusega modifitseeritud rakkude tekitatud kõhunääre ja elundil arenes hiljem vähk? See põhjustaks mitte ainult kõhunäärme uuesti ebaõnnestumise, vaid seaks ka patsiendi ohtu.

Teine võimalus oleks kasutada rakkude geenide redigeerimiseks CRISPR-i, mis on palju vähem riskantne kui viiruse kasutamine. Seda võimalust uurivad praegu teadlased ja laborid kogu maailmas.

Peamised võtmed:

  • Tüvirakud on suur asi. Saate neid kasutada laboris elundite, jäsemete kasvatamiseks või isegi haiguste modelleerimiseks
  • Tüvirakud on ainulaadsed, kuna nad suudavad ise paljuneda ja eristuda inimkeha mis tahes rakuks
  • Eetika on tüvirakkude uurimisel tohutu küsimus! Inimestel on erinevad vaated küsimusele, kas teadlased peaksid eksperimenteerima kasutuselt kõrvaldatud embrüotega, mis aeglustab lõppkokkuvõttes edasiminekut
  • Indutseeritud Pluripotentsed tüvirakud võivad olla valmistatud täiskasvanud rakkudest ja eetikaküsimusest täielikult hoiduda
  • Tüvirakkudesse on keeruline geene sisse viia, kuid CRISPR-i taoliste tehnoloogiate abil on teadus edukal teel regeneratiivse meditsiini hämmastavate saavutuste saavutamisele