Медичні та наукові аспекти; ДРЗЕ

Статус: грудень 2020 року
Контактна особа: Aurélie Halsband

1. Медичний та науковий аспекти

У багатьох живих істот статеве (статеве) розмноження відбувається шляхом утворення та рекомбінації статевих клітин (сперми та яйцеклітин). Склад генетичного складу батьків та матері створює новий геном. На відміну від цього, клонування - це форма безстатевого або вегетативного розмноження, при якій геном відповідного організму дублюється. Перестановки (рекомбінації) генів не відбувається, але створюється генетично майже, за необхідності повністю ідентична, "копія" оригіналу. У багатьох нижчих тварин та більшості рослин клонування є поширеною формою розмноження на додаток до статевого розмноження. Ідентичне множинне утворення у формі однояйцевих близнюків (монозиготна форма близнюків) також відбувається природним чином у людини, але лише в контексті статевого розмноження.

У лабораторії організми можуть бути штучно клоновані різними способами: B. поділом вже існуючого ембріона, d. H. розщепленням зародка або створенням зародка за допомогою перенесення ядра клітини. Інший метод відомий із створення так званих трансгенних мишей, комплементація тетраплоїдного ембріона (див. Модуль Комплементація ембріона тетраплоїда). На додаток до відмінностей у техніці клонування, слід розрізняти різні цілі клонування, а саме дослідницьке клонування або терапевтичне клонування, з одного боку, та репродуктивне клонування, з іншого. Усі методи клонування мають спільну мету створити генетично ідентичний дублікат: фрагмент або молекулу ДНК, клітину, тканину або, як у випадку репродуктивного клонування, цілий організм.

Предметом цього фокусу є клонування для дослідницьких цілей або терапевтичне клонування. Репродуктивне клонування (див. Модуль Репродуктивне клонування), i. H. використання технологій у репродуктивних цілях враховується лише настільки, наскільки технології ідентичні до певного моменту.

Щоб уникнути можливих непорозумінь, термін «терапевтичне клонування», який переважає в публічних дискусіях, замінюється або доповнюється далі терміном клонування досліджень. Значна частина сучасних досліджень не спрямована на конкретні терапевтичні проекти, а відведена в область фундаментальних досліджень. Це базове дослідження може і повинно призвести до розробки нових методів лікування в довгостроковій перспективі, але перш за все воно служить базовому розумінню науково важливих процесів.

Що таке клонування досліджень або терапевтичне клонування?

Різні методи узагальнені під терміном дослідницьке клонування або терапевтичне клонування: перенесення клітинного ядра, перепрограмування диференційованих клітин та розщеплення ембріонів.

У методі ядерного переносу соматичних клітин (SCNT) (див. Модуль ядерного перенесення клітини) ядро будь-якої клітини тіла вставляється в яйцеклітину, яка раніше була енуклейована. Клітинне ядро можна виділити практично з кожної дорослої клітини тіла донора. Яйцеклітина, отримана з яєчників донора за допомогою пункції після спеціальної гормональної обробки, енуклеюється шляхом відсмоктування ядра мікропіпеткою і заміни його на ядро, витягнуте з клітини тіла. Перенесення нового ядра клітини відбувається шляхом ін’єкції в цитоплазму яйцеклітини. Точний спосіб дії імпульсів, що виходять з яйцеклітини, який ще не до кінця зрозумілий, призводить до перепрограмування ядра клітини, в результаті чого вона втрачає свою спеціалізацію. Таким чином, із свого вже диференційованого стану ядро клітини повертається до стану, що дозволяє розвиватися ембріону.

Що стосується генетичного матеріалу, що міститься в ядрі клітини, клонований ембріон генетично ідентичний донору ядра клітини. Тільки мітохондрії, d. H. клітинні компоненти, які використовуються для вироблення енергії всередині клітини, надходять з яєчної клітини. Клон, який розвивається внаслідок перенесення ядра клітини, генетично майже повністю ідентичний донору перенесеного ядра клітини. Повна ідентичність досягається лише в тому випадку, якщо ядро і донор яйцеклітини генетично ідентичні.

Процес перенесення ядра клітини став відомим за результатами досліджень групи під керівництвом Яна Вілмута. У 1997 р. Йому вперше вдалося створити зародок ссавців, перенісши ядро дорослої соматичної клітини в енуклейовану яйцеклітину і довівши його до повного розвитку. З тих пір «клонована вівця Доллі» виступає за успіх досліджень, а також за можливість використання технології в репродуктивних цілях, що є етично надзвичайно суперечливим.

Крім того, вже кілька років відомий метод, за допомогою якого соматичні клітини людини можна успішно перепрограмувати (див. Модуль Перепрограмування клітин), щоб вони мали характеристики ембріональних стовбурових клітин. Такі клітини називаються індукованими плюрипотентними стовбуровими клітинами (клітинами iPS). Оскільки клітини iPS також генетично ідентичні клітинам донора, ця методика обіцяє стати етично та юридично менш проблематичною альтернативою терапевтичному клонуванню. Чи можуть клітини iPS також перетворюватися на тотипотентні клітини в умовах культури клітин є суперечливим. Успішна демонстрація плюрипотентності клітин iPS у миші за допомогою методу комплементації тетраплоїдного ембріона (див. Модуль Комплементація ембріона тетраплоїду) дає підставу для дискусій у цьому контексті. З огляду на ці результати, сумнівно, чи слід процес перепрограмування клітин наблизити до дослідження клонування чи дослідження донорських та штучно сформованих ембріонів з точки зору його етичної оцінки.

З технічної точки зору, клонування досліджень та клонування для репродуктивних цілей (див. Модуль репродуктивного клонування) принципово не відрізняються. Однак дуже важливо, щоб у випадку клонування досліджень ембріон не поміщали в матку, щоб народити дитину. Швидше, він руйнується на ранній стадії ембріонального розвитку (стадія бластоцисти (див. Модуль стадія бластоцисти)), щоб мати можливість витягувати із неї ембріональні стовбурові клітини (клітини ES), які можна диференціювати на певні типи клітин in vitro. Цей підхід не належним чином описується як “терапевтичне клонування”, оскільки існує надія, що нарешті вдасться перенести клітини, які стали доступними донорському організму з терапевтичними цілями. В даний час, однак, клонування здебільшого проводиться для дослідницьких цілей, де це дозволено законодавством.

Іншим методом створення генетично ідентичного клону є так зване розщеплення ембріонів (див. Модуль розщеплення ембріонів). Тут за допомогою мікрохірургічного поділу зародка близнюки або множинне формування досягаються штучним шляхом. Оскільки клітини все ще є тотипотентними на початку ембріонального розвитку, створюються два або більше ембріонів, які розвиваються у відповідному середовищі, як неподілений ембріон. В даний час цей метод відіграє субординаційну роль стосовно галузі клонування досліджень.

Для чого використовується клонування досліджень або терапевтичне клонування?

Основною метою дослідження клонування або терапевтичного клонування є екстракція ембріональних стовбурових клітин (ES клітин) (див. Модуль екстракції людських ембріональних стовбурових клітин). Ці клітини цікаві для досліджень, оскільки за належних умов вони можуть перерости майже у всі різні типи клітин тіла. Ця здатність називається плюрипотентністю (див. Модуль Плюрипотентність та тотипотентність). Суперечливо, чи можуть стовбурові клітини, утворені клонуванням, також трансформуватися в тотипотентні клітини в умовах культури клітин. Експериментальне підтвердження тотипотентності (див. Модуль плюрипотентності та тотипотентності) ембріональних стовбурових клітин заборонено з моральних причин, оскільки необхідно забезпечити повноцінному організму дозрівання.

Клітини iPS, які генетично ідентичні клітинам донора, також вважаються ще одним фаворитом для зазначених цілей дослідження. Однак процедура в даний час все ще пов'язана з ризиками, які необхідно усунути, перш ніж її можна використовувати в терапевтичних процедурах. Також було показано, що існують більші відмінності між клітинами iPS та плюрипотентними клітинами ES, ніж спочатку передбачалося. Тому терапія клітинами тканин, отриманими з перепрограмованих клітин, на даний момент часу неможлива. Подальші подробиці можна знайти у фокусі досліджень стовбурових клітин.

стан досліджень

Довгий час експерименти в галузі клонування досліджень проходили виключно в експериментах на тваринах. У 2000 р. Munsie et al. вперше про успішне культивування плюрипотентних ембріональних стовбурових клітин у миші. Для цього вони ін’єктували клітини яєць мишачих клітин з генетичним матеріалом клітин тіла мишей і дозволяли створеному таким чином клону дозрівати до бластоцисти. Ембріональні стовбурові клітини, вилучені з бластоцист, можуть бути додатково культивовані в чашці Петрі та диференційовані на нервові та м’язові клітини. Потім ці стовбурові клітини маркували і вводили в ембріони мишей, а також у дорослих мишей. Було можливо продемонструвати, що клоновані стовбурові клітини в зародку миші (див. Модуль Стовбурові клітини в зародку миші) сприяють розвитку мозку, печінки, легенів, нирок та інших органів, а також можуть переростати в різні типи тканин у дорослих мишей.

Успішне вилучення стовбурових клітин із раніше клонованих ембріонів приматів (див. Модуль клонування ембріонів приматів) було вперше описано наприкінці 2007 року. Для цього клітинні ядра з клітин шкіри макак-резусів переносили в клітини ядерних клітин шляхом перенесення ядерних клітин. Вони переросли у бластоцисти, з яких були отримані стовбурові клітини, які виявились генетично значною мірою ідентичними вихідним донорським клітинам. У всіх тестованих точках клітини відповідали звичайним ембріональним стовбуровим клітинам і, за даними дослідницької групи під керівництвом Шухрата Міталіпова, могли диференціюватися на серцеві м’язи та нервові клітини.

На початку 2008 року Табар та співавт. результати терапевтичного експерименту зі стовбуровими клітинами клонованих ембріонів для лікування хвороби Паркінсона на миші (див. модуль хвороби Паркінсона на моделі миші). Ембріони клонували з клітин шкіри мишей, які страждають на хворобу Паркінсона, з яких брали стовбурові клітини, які потім можна було диференціювати на специфічні нервові клітини. Ці нервові клітини вводили хворим мишам-донорам, які після цього не виявляли імунних реакцій, але суттєво полегшували їх симптоми. Можливість передачі результатів цього експерименту на тваринах людям непевна.

Також на початку 2008 року американська дослідницька група під керівництвом Ендрю Френча вперше опублікувала успішне клонування людських ембріонів (див. Модуль клонування людських ембріонів). Ядро було вилучене з клітин дорослої шкіри людини і перенесено в ядерні клітини, що енуклейовані. Для експерименту дослідники використали 29 яйцеклітин від трьох донорів 20 - 24 років. Яєчні клітини, які стали зайвими під час лікування ЕКО, були добровільно передані жінками безкоштовно. Бластоцисти розвинулися з п’яти яєчних клітин із чужорідним генетичним матеріалом, подальший розвиток яких було перервано вченими. Успішне клонування однієї з бластоцист, тобто генетичну ідентичність ліній стовбурових клітин та донорської клітини, можна було б надійно продемонструвати.

У травні 2013 року дослідницькій групі під керівництвом Масахіто Тачібани та Шухрата Міталіпова вперше вдалося отримати людські ембріональні стовбурові клітини з клонованих ембріонів. Вчені також перенесли ядро клітин шкіри дорослої людини в ядерні клітини донорських ядер. Для дослідження було потрібно лише кілька яєчних клітин, оскільки дослідники змогли систематично вдосконалювати метод, щоб запобігти ранньому загибелі ембріонів. Після кількох поділів клітин ембріони були знищені, щоб отримати з них ембріональні стовбурові клітини.

У квітні 2014 року Роберт Ланца з біотехнологічної компанії ACT та Донг Рюл Лі з Інституту стовбурових клітин у Сеулі опублікували успішне встановлення ліній стовбурових клітин за допомогою процедури клонування з диференційованими дорослими клітинами (див. Модуль Процедура клонування з диференційованими клітинами дорослих). Вони отримали їх із клітин шкіри двох чоловіків, яким було 35 та 75 років відповідно. Таким чином, порівняно з попереднім роком, можна було показати, що стовбурові клітини також можна отримати з клітинним матеріалом, який вже має численні генетичні та біохімічні зміни, а також передбачуване пошкодження ДНК.

Основною метою базових досліджень у галузі терапевтичного клонування є зниження ефективності технології ядерного переносу (див. Модуль дослідження ядерного переносу) та кількості клітин iPS (див. Модуль iPS), які можна отримати шляхом перепрограмування збільшувати.

Створення гібридів людина-тварина або химер людина-тварина є додатковим напрямком дослідження. Процес вилучення яєць (див. Модуль Вилучення яєць) пов'язаний із введенням високих доз гормонів та ризиками, пов'язаними з вилученням яєць. Для того, щоб обійти проблеми, пов’язані з використанням людських яйцеклітин, шукаються альтернативні джерела яйцеклітин. На початку 2008 року британська дослідницька група під керівництвом дослідника стовбурових клітин Лайла Армстронга заявила, що вони вперше створили ембріони з геному людини та яйцеклітин з корів. Метою експериментів є визначити, серед іншого, чи можна використовувати тваринні замість людських яйцеклітин та ембріонів для культивування та диференціації стовбурових клітин.

З того часу продовжуються експерименти над ембріонами з клітинами тваринного та людського походження, що піддаються широкій критиці. Більш пізні дослідження вже не спрямовані на використання клітин яєць тварин, а скоріше на збирання людської тканини, в кращому випадку цілих органів із зародків тварин, в яких передбачається подальший розвиток людських стовбурових клітин in vivo. До цього ембріони тварин генетично модифікуються таким чином, що генетична послідовність в них, що відповідає за формування певних органів, «дезактивується». Замість них інтродуковані людиною плюрипотентні стовбурові клітини (клітини iPS) інтегруються і, в кращому випадку, утворюють відповідний орган на основі клітин людини.