4 августа 2016 года Национальные институты здоровья США (NIH) заявили, что собираются отменить мораторий на создание химер. Речь идет о спорных с точки зрения этики экспериментах, в которых человеческие стволовые клетки вводят в эмбрионы животных — в результате формируются организмы, сочетающие животные и человеческие черты. Ученые называют их химерами.
В Древней Греции химерами называли мифологических чудовищ с головой и шеей льва, туловищем козы и хвостом змеи. Такими же химерами являются организмы с генетически разнородным материалом. Они могли бы служить удобными биологическими моделями для изучения различных заболеваний — например, рака или нейродегенеративных синдромов, могли бы стать источником органов для трансплантации. Однако стоит экспериментальной биологии вплотную подойти к научной фантастике, у общественности возникают опасения, что это может привести к непредвиденным последствиям.
При создании химер используют стволовые клетки, обладающие свойством плюрипотентности. Иными словами, они способны превратиться во все клетки человеческого зародыша. Клетки внедряют в ткани эмбриона модельных организмов (мышей, крыс, обезьян, свиней и других животных) на очень ранних стадиях, после чего эмбриону позволяют развиваться дальше. В сентябре 2015 года NIH выразили беспокойство тем, что если стволовые клетки введут в мозг мышей, в результате могут получиться грызуны с измененными когнитивными способностями — то есть появятся животные со «сверхинтеллектом». Поэтому NIH, которые вручают гранты на биомедицинские исследования, решили приостановить финансирование экспериментов с химерами, пока их эксперты не изучат этический вопрос.
Тем не менее некоторые исследовательские группы в США уже вовсю занимались созданием химер. MIT Technology Review сообщает, что за 2015 год было предпринято около 20 попыток получения химер свинья-человек и овца-человек. К сожалению, ни одна научная работа до сих пор не была опубликована, а сообщений об успешном получении животных с человеческими тканями не было.
Слева направо: обычная мышь, мышь с клетками крысы, крыса с клетками мыши, обычная крыса
Изображение: Nakauchi et al. / The University of Tokyo
Эксперименты с химерными организмами объединяют как генную инженерию, так и биологию стволовых клеток. Мало просто внедрить плюрипотентные клетки в эмбрион животного, поскольку в таком случае может получиться организм с катастрофическими нарушениями в развитии. Ученые обычно «выключают» гены в зародышах таким образом, что они не могут образовать специфические ткани. В этом случае стволовые клетки берут на себя задачу по формированию недостающего органа, который ничем не отличается от человеческого, что делает его подходящим для трансплантации.
По свидетельству кардиолога Дэниела Гэрри (Daniel Garry), в его лаборатории были проведены первые испытания данного метода. Исследователи спроектировали свиней, у которых отсутствовали некоторые скелетные мышцы и сосуды. Такие животные были бы нежизнеспособными, однако ученые добавили в эмбрионы стволовые клетки от другого зародыша свиньи. Результаты так впечатлили вооруженные силы США, что они предоставили Гэрри грант в 1,4 миллиона долларов на выращивание человеческих сердец у свиней. Ученый собирался продолжить свои исследования, несмотря на мораторий NIH, и был одним из 11 авторов, которые опубликовали письмо с критикой решения биомедицинского центра.
Ученые заявили, что мораторий, введенный NIH, представляет угрозу для развития биологии стволовых клеток, биологии развития и регенеративной медицины, и высказали сомнения в том, что с помощью стволовых клеток возможно получить «очеловеченное» животное с высоким интеллектом. В частности, они указали, что эксперименты в области ксенотрансплантации, в которых нервные клетки людей внедряют в головной мозг мышей, не привели к появлению слишком умных грызунов.
Стволовые клетки человека (красные) в эмбрионах мышей на стадии бластоцисты
Изображение: Nakauchi et al. / The University of Tokyo
В качестве меры предосторожности некоторые исследователи, работающие над созданием химер, не позволяют своим созданиям родиться. Эмбриологи изучают зародыши с целью получения информации о том, насколько велик вклад человеческих стволовых клеток в развитие плода. Тем не менее, несмотря на то, что отдельные лаборатории перестраховываются, химерные животные уже существуют — например, мыши, наделенные иммунной системой человека. Такие животные создаются через внедрение клеток печени и тимуса от абортированных человеческих зародышей в организм уже рожденных грызунов.
Наибольший интерес для ученых представляет создание химер на стадии бластоцисты, когда плод представляет собой шар, состоящий из нескольких десятков клеток. Этот метод называется комплементацией эмбриона (embryo complementation). В 2010 году исследователям из Японии удалось создать мышей, поджелудочная железа которых полностью состояла из клеток крысы. Хиромицу Накаучи (Hiromitsu Nakauchi), ведущий автор работы, позднее решил создать «свинью-человека», для чего ему пришлось переехать в США, поскольку научные комитеты в Японии не одобряют подобные эксперименты. Сейчас ученый работает в Стэнфордском университете на грант от Калифорнийского института регенеративной медицины. По его словам, большинство плюрипотентных клеток, введенных в эмбрионы в его лаборатории, сделаны из его собственной крови, поскольку бюрократические барьеры мешают набору добровольцев со стороны.
Большинство людей, услышав слово «химера», представляют монстров, созданных безумными учеными. Ученым предстоит доказать, что человеческие клетки действительно могут размножаться и формировать полноценные и здоровые органы в животных. Мыши и крысы довольно близки генетически, поэтому создание химер в данном случае не представляет проблемы. В случае людей и свиней, общий предок которых жил 90 миллионов лет назад, все может быть по-другому.
Ученые уже проверяют комплементацию эмбриона свиньи человеческими стволовыми клетками, однако исследования начались только после одобрения трех комиссий по биоэтике. Стэнфордский университет, в котором проводятся исследования, ограничил время развития зародышей 28 днями (поросята рождаются на 114 день). Тем не менее плод будет достаточно развитым, чтобы можно было определить, насколько правильно формируются зачатки органов.
На прошлой неделе в NIH предложили заменить мораторий дополнительной экспертизой, которую будет проводить комитет, состоящий из специалистов по вопросам этики и экспертов по защите животных. Они будут учитывать такие факторы, как тип человеческих клеток, место их размещения в эмбрионе, а также возможные изменения в поведении и внешнем виде животного. Выводы экспертов помогут NIH решить, стоит ли финансировать рассмотренный проект.