EGenesis, specializzata nella produzione di suini geneticamente modificati per il trapianto di organi umani, ha annunciato la nascita di più animali modificati. Hanno perso tre geni, ne hanno acquisiti nove e hanno perso anche 25 virus che si moltiplicano nel genoma. Allo stesso tempo, i suini sono completamente sani e fertili e le loro cellule non causano aggressività nei componenti del sistema immunitario umano. Nei prossimi anni sono previste sperimentazioni cliniche umane di trapianti. Una prestampa del lavoro è pubblicata sul portale bioRxiv.
Ci sono tre ostacoli al trapianto di organi umani. Il primo è la compatibilità fisiologica: l'organo deve essere adatto per dimensioni, struttura e funzione. In questo senso, un oggetto conveniente è un maiale, molti dei cui organi - ad esempio il cuore oi reni - non differiscono in modo significativo da quelli umani.
Il secondo ostacolo è il rigetto immunitario. Il corpo umano reagisce con cautela a qualsiasi molecola non familiare, ma alcune, ad esempio gli zuccheri sulla superficie di cellule estranee, causano un'aggressione particolarmente forte.
Infine, il terzo sono i virus che ogni organismo trasporta nel proprio genoma. Non parliamo di virus attivi che provocano epidemie, ma di virus endogeni, cioè quelli che non uccidono la cellula, ma si moltiplicano solo all'interno del suo nucleo. Ma se la cellula mantiene ancora in qualche modo i propri virus sotto controllo, se le cellule estranee la infettano con nuovi virus, potrebbe non essere in grado di far fronte alle conseguenze della loro riproduzione.
Affinché l'organo di un maiale diventi compatibile con l'uomo, tenendo conto di tutti questi requisiti, è necessario apportare modifiche contemporaneamente a un numero di geni. All'inizio, hanno cercato di raggiungere questo obiettivo attraverso i knockout genetici e il cuore di un maiale con diversi knockout è durato nel corpo del babbuino per tre interi anni.
Ma nel 2015, il genetista americano George Church e il biologo cinese Luhan Yang hanno fondato eGenesis, un'azienda il cui obiettivo era creare maiali modificati da più geni contemporaneamente. Dopo un po ', gli scienziati guidati dalla Chiesa hanno riferito di essere stati in grado di purificare completamente le cellule di maiale dai retrovirus endogeni. Ora Church e Jan hanno compiuto il passo successivo: creare animali sia "privi di virus" che immunologicamente compatibili.
Per fare ciò, i ricercatori di eGenesis hanno dovuto sviluppare un protocollo in più fasi. Per cominciare, hanno preso una coltura di fibroblasti dall'orecchio di un normale maiale. Con l'aiuto dell'elettroporazione, sono state introdotte in esse molecole del sistema CRISPR / Cas9 per tagliare tre geni dal DNA che causano il rigetto più forte nel corpo umano. Allo stesso tempo, nelle cellule è stato introdotto un plasmide con nove nuovi geni già umani, responsabili della soppressione della risposta immunitaria e dei processi di coagulazione del sangue. Pertanto, le cellule risultanti non solo non dovrebbero causare un'aggressione immunitaria, ma anche sopprimerla.
Dopo aver confermato che l'editing ha avuto successo, gli scienziati hanno rimosso i nuclei dei fibroblasti e li hanno collocati in uova prive di nucleare, un metodo di clonazione consolidato. Gli embrioni si sono sviluppati dalle uova, che sono state piantate in madri surrogate, che hanno dato alla luce suinetti di prima generazione. Questi maiali erano ancora portatori di virus, ma avrebbero già dovuto rivelarsi immunologicamente compatibili con gli esseri umani.
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Gli scienziati hanno nuovamente isolato una coltura di fibroblasti dal loro corpo e hanno effettuato la fase successiva di editing in essa: ancora una volta, utilizzando l'elettroporazione, il sistema CRISPR / Cas9 è stato introdotto nelle cellule, che ha attaccato il gene della trascrittasi inversa, un enzima chiave con cui i virus endogeni si riproducono nel genoma. Successivamente sono stati isolati anche i nuclei cellulari, posti all'interno degli ovociti, e sono stati ottenuti i suinetti di seconda generazione. I suini hanno così perso tre geni, ne hanno guadagnati nove e hanno perso anche venticinque virus moltiplicando attivamente.
I ricercatori hanno verificato che i suini modificati erano geneticamente stabili. Nelle loro cellule, otto dei nove geni umani erano effettivamente espressi e i geni che causano il rigetto immunitario erano "silenziosi". Gli scienziati hanno controllato il genoma animale per tracce di editing fuori bersaglio e hanno trovato diversi "errori" CRISPR / Cas9, ma non hanno influenzato le regioni del DNA che codificano le proteine.
Gli animali stessi erano fisiologicamente sani e fertili. Nonostante interferissero con la loro immunità e il sistema di coagulazione del sangue, la loro conta ematica era entro i limiti normali. Gli scienziati inoltre non hanno riscontrato alcun effetto della modifica sul lavoro del cuore, del fegato e dei reni dei maiali.
Infine, i ricercatori hanno verificato se i suini modificati geneticamente avessero acquisito le proprietà richieste per il trapianto. In primo luogo, hanno isolato una coltura cellulare dalle pareti dei vasi dei suini e l'hanno trattata con immunoglobuline umane: si legano alle cellule modificate il 90% in meno rispetto a quelle normali. Quindi queste cellule sono state influenzate dalle proteine del complemento umano - reagiscono alla presenza di cellule estranee anche prima delle immunoglobuline - ma il sistema del complemento è stato attivato non più spesso che nel caso delle loro stesse cellule umane.
Pertanto, gli scienziati sono riusciti a creare animali le cui cellule non causano un'aggressione immediata dell'immunità umana. Nonostante il sistema immunitario possa reagire successivamente alle cellule estranee, riconoscendo su di esse proteine più rare, questo può essere affrontato con l'aiuto di immunosoppressori. La modifica, d'altra parte, ti consente di evitare il rigetto acuto e di guadagnare tempo affinché l'organo attecchisca all'interno del corpo. In un'intervista con Science, Yang ha chiarito che la società prevede di concentrarsi sui test preclinici nel 2020, ma prevede di passare alla ricerca sull'uomo nei prossimi cinque anni.
Autore: Polina Loseva
