Учёные вырастили эмбриональные гуманизированные почки в свиньях в течение 28 дней

Исследователи из Гуанчжоуских институтов биомедицины и здоровья успешно создали химерные эмбрионы, содержащие комбинацию человеческих и свиных клеток. После переноса в свиней-реципиентов развивающиеся гуманизированные почки имели нормальную структуру и формирование канальцев через 28 дней.

Это первый случай, когда учёным удалось вырастить твёрдый гуманизированный орган внутри другого вида, хотя предыдущие исследования использовали похожие методы для генерации человеческих тканей, таких как кровь или скелетные мышцы, в свиньях. Работа опубликована 7 сентября в журнале Cell Stem Cell.

Исследователи сосредоточились на почках, потому что они одними из первых развиваются и являются наиболее часто пересаживаемым органом в медицине.

"Органы крыс производились в мышах, а органы мышей — в крысах, но предыдущие попытки вырастить человеческие органы в свиньях не увенчались успехом", — говорит старший автор Лянсюэ. "Наш подход улучшает интеграцию человеческих клеток в ткани реципиента и позволяет нам выращивать человеческие органы в свиньях".

Интеграция человеческих стволовых клеток в эмбрионы свиней была сложной задачей, потому что свиные клетки вытесняют человеческие, а клетки свиней и человека имеют разные физиологические потребности.

"Мы работали над механизмами преодоления чрезвычайно низкой эффективности межвидовых химер", — говорит старший автор Гуанцзинь Пань. "Мы определили несколько критических факторов, которые усиливают формирование межвидовой химеры, облегчая клеточную конкуренцию".

Метод команды зависит от трёх ключевых компонентов:

1. Создание ниши в эмбрионе свиньи с помощью CRISPR, чтобы человеческим клеткам не пришлось конкурировать со свиными. Для этого они генетически модифицировали одноклеточный эмбрион свиньи, удалив два гена, необходимых для развития почек.
2. Инженерия человеческих плюрипотентных стволовых клеток для повышения их способности к интеграции и снижения склонности к самоуничтожению путём временного отключения апоптоза. Затем эти клетки были преобразованы в "наивные" клетки, напоминающие ранние эмбриональные клетки человека.
3. Выращивание химер в условиях, оптимизированных для обеспечения уникальных питательных веществ и сигналов как для человеческих, так и для свиных клеток, перед имплантацией развивающихся эмбрионов свиньям-реципиентам.

Всего исследователи перенесли 1820 эмбрионов 13 реципиентам. Через 25 или 28 дней они прекратили гестацию и извлекли эмбрионы для оценки успешности создания гуманизированных почек.

Было собрано пять химерных эмбрионов для анализа (два на 25-й день и три на 28-й день после имплантации). У них обнаружили структурно нормальные для их стадии развития почки, состоящие из 50–60% человеческих клеток.

На 25–28 день почки находились на стадии мезонефроса (второй стадии развития почек); в них сформировались канальцы и почки клеток, которые в конечном итоге стали бы мочеточниками.

Команда также исследовала, вносят ли человеческие клетки вклад в другие ткани эмбрионов, что могло бы иметь этические последствия. Они показали, что человеческие клетки в основном локализованы в почках, тогда как остальная часть эмбриона состояла из свиных клеток.

"Мы обнаружили, что если вы создаёте нишу в эмбрионе свиньи, то человеческие клетки естественным образом попадают в эти пространства", — говорит старший автор Чжэнь Дай.

"Мы видели очень мало человеческих нейронных клеток в мозге и спинном мозге и не нашли человеческих клеток в половом валике, что указывает на то, что человеческие плюрипотентные стволовые клетки не дифференцировались в половые клетки".

Теперь, когда они оптимизировали условия для выращивания гуманизированных почек в химерах человек-свинья, команда хочет позволить почкам развиваться дольше. Они также работают над созданием других человеческих органов в свиньях, включая сердце и поджелудочную железу.

Долгосрочная цель — оптимизировать эту технологию для трансплантации человеческих органов, но исследователи признают, что работа будет сложной и может занять много лет. Выращивание полностью функционального гуманизированного органа в свинье потребует дополнительных шагов, поскольку органы состоят из нескольких типов клеток и тканей.

В этом исследовании учёные создали нишу только для одного подмножества клеток, что означало, что в почках были сосудистые клетки свиного происхождения, и это могло бы вызвать отторжение органа в случае трансплантации.

"Поскольку органы состоят не только из одной клеточной линии, для создания органа, полностью состоящего из человеческих клеток, нам, вероятно, потребуется гораздо более сложным образом модифицировать свиней, что также создаёт дополнительные проблемы", — говорит старший автор Мигель А. Эстебан.

Пока же эта технология может использоваться для изучения развития человеческих органов и болезней развития.

"Прежде чем мы достигнем конечной стадии создания органов, которые можно будет использовать в клинической практике, этот метод предоставляет окно для изучения человеческого развития", — говорит Эстебан.