Медицински и научни аспекти; ДРЗЕ
Състояние: декември 2020 г.
Лице за контакт: Aurélie Halsband
1. Медицински и научни аспекти
При много живи същества половото (сексуално) размножаване се осъществява чрез образуването и рекомбинацията на зародишни клетки (сперматозоиди и яйцеклетки). Комбинацията от гени по бащина и майчина линия създава нов геном. За разлика от тях, клонирането е форма на безполово или вегетативно размножаване, при което геномът на въпросния организъм се дублира. Гените не се пренареждат (рекомбинират), но се създава генетично почти, вероятно напълно идентично „копие“ на оригинала. При много нисши животни и повечето растения клонирането е често срещана форма на размножаване в допълнение към половото размножаване. Идентично множествено формиране под формата на еднояйчни близнаци (монозиготна формация на близнаци) също се среща естествено при хората, но само в контекста на половото размножаване.
В лабораторията организмите могат да бъдат изкуствено клонирани по различни начини: Б. чрез разделяне на вече съществуващ ембрион, d. H. чрез разделяне на ембриона или чрез създаване на ембрион посредством трансфер на клетъчно ядро. Друг метод е известен от създаването на т. Нар. Трансгенни мишки, тетраплоидна ембрионална комплементация (виж модул Тетраплоидна ембрионална комплементация). В допълнение към разликите в техниката на клониране, трябва да се прави разлика между различни цели при клонирането, а именно клониране на изследвания или терапевтично клониране, от една страна, и репродуктивно клониране, от друга. Всички техники на клониране споделят целта да се създаде генетично идентичен дубликат: ДНК фрагмент или молекула, клетка, тъкан или, както в случая на репродуктивно клониране, цял организъм.
Темата на този фокус е клонирането за изследователски цели или терапевтичното клониране. Репродуктивно клониране (виж модул Репродуктивно клониране), т.е. H. използването на технология за репродуктивни цели се взема предвид само доколкото технологиите са идентични до определен момент.
За да се избегнат възможни недоразумения, терминът „терапевтично клониране“, който доминира в обществения дебат, се заменя или допълва с термина „клониране на изследвания“. Голяма част от настоящите изследвания не са насочени към конкретни терапевтични проекти, а са разпределени в областта на основните изследвания. Това основно изследване може и трябва да доведе до разработването на нови терапии в дългосрочен план, но преди всичко служи на основното разбиране на научно значимите процеси.
Какво е клониране на изследвания или терапевтично клониране?
Различни методи са обобщени под термина изследователско клониране или терапевтично клониране: трансфер на клетъчно ядро, препрограмиране на диференцирани клетки и разделяне на ембриони.
При метода за ядрен трансфер на соматични клетки (SCNT) (виж модула за клетъчен ядрен трансфер), ядрото на която и да е телесна клетка се вмъква в яйцеклетка, която преди това е била енуклеирана. Клетъчното ядро може да бъде изолирано практически от всяка възрастна телесна клетка на донор. Яйцеклетката, получена от яйчниците на донор чрез пункция след специално хормонално лечение, се енуклеира чрез изсмукване на ядрото с микропипета и замяната му с ядрото, което е изсмукано от телесната клетка. Новото клетъчно ядро се прехвърля чрез инжектиране в цитоплазмата на яйцеклетката. Точният начин на действие на импулсите, излъчвани от яйцеклетката, който все още не е напълно разбран, води до препрограмиране на клетъчното ядро, което води до загубата на своята специализация. От вече диференцираното си състояние клетъчното ядро се връща в състояние, което позволява на ембриона да се развие.
По отношение на генетичния материал, съдържащ се в клетъчното ядро, клонираният ембрион е генетично идентичен с донора на клетъчното ядро. Само митохондриите, d. H. клетъчните компоненти, които се използват за генериране на енергия в клетката, идват от яйцеклетката. Клонът, който се развива след прехвърляне на клетъчното ядро, е генетично почти напълно идентичен с донора на пренесеното клетъчно ядро. Пълна идентичност се постига само ако ядрото и донорът на яйцеклетка са генетично идентични.
Процесът на прехвърляне на клетъчно ядро стана известен чрез резултатите от изследванията на екипа, ръководен от Ян Уилмът. През 1997 г. той успява за първи път да създаде ембрион на бозайник, като прехвърля ядрото на възрастна соматична клетка в енуклеирана яйцеклетка и я довежда до пълно развитие. Оттогава „клонираната овца Доли“ отстоява успеха на научните изследвания, но и възможността за използване на технологията за репродуктивни цели, което е етично изключително противоречиво.
Освен това от няколко години е известен метод, с който човешките соматични клетки могат успешно да бъдат препрограмирани (вж. Модул Препрограмиране на клетки), така че да имат характеристиките на ембрионални стволови клетки. Такива клетки се наричат индуцирани плюрипотентни стволови клетки (iPS клетки). Тъй като iPS клетките също са генетично идентични с клетките на донора, тази техника обещава да бъде етично и правно по-малко проблемна алтернатива на терапевтичното клониране. Спорно е дали iPS клетките също могат да се трансформират в тотипотентни клетки при условията на клетъчна култура. Успешната демонстрация на плюрипотентността на iPS клетки при мишка, използвайки метода на тетраплоидно допълване на ембриона (виж модул Тетраплоидно допълване на ембриона), дава повод за дискусия в този контекст. С оглед на тези резултати е съмнително дали процесът на препрограмиране на клетките трябва да се приближи до клониране на изследвания или изследвания на дарени и изкуствено генерирани ембриони по отношение на етичната му оценка.
От техническа гледна точка клонирането на изследвания и клонирането за репродуктивни цели (вж. Модул Репродуктивно клониране) не са фундаментално различни. Изключително важно е обаче, в случай на клониране на изследвания, ембрионът да не бъде поставен в матката, за да се роди. По-скоро той се унищожава на ранен етап от ембрионалното развитие (бластоцистния стадий (виж модул бластоцистния етап)), за да може да се извлекат ембрионални стволови клетки (ES клетки) от него, които могат да бъдат диференцирани в определени видове клетки in vitro. Подходът не е описан по неподходящ начин като „терапевтично клониране“, доколкото има надежда най-накрая да успеем да прехвърлим клетките, които са станали достъпни за донорния организъм за терапевтични цели. Понастоящем обаче клонирането се извършва най-вече за изследователски цели, когато това е законно разрешено.
Друг метод за създаване на генетично идентичен клонинг е така нареченото разделяне на ембриони (виж модул разделяне на ембриони). Тук чрез микрохирургично разделяне на ембрион, близнаци или множествена формация се постига изкуствено. Тъй като клетките все още са тотипотентни в началото на ембрионалното развитие, се създават два или повече ембриони, които се развиват в подходяща среда като неразделен ембрион. Понастоящем този метод играе подчинена роля по отношение на областта на клонирането на научни изследвания.
За какво се използва клонирането на изследвания или терапевтичното клониране?
Основната цел на изследователското клониране или терапевтичното клониране е екстракцията на ембрионални стволови клетки (ES клетки) (виж модул екстракция на човешки ембрионални стволови клетки). Тези клетки са интересни за изследване, тъй като при подходящите условия те могат да се развият в почти всички различни видове телесни клетки. Тази способност се нарича плюрипотентност (виж модул Плурипотентност и тотипотентност). Дали стволовите клетки, генерирани чрез клониране, също могат да се трансформират в тотипотентни клетки при условия на клетъчна култура е въпрос на спор. Експериментално доказателство за тотипотентността (вж. Модул плюрипотентност и тотипотентност) на ембрионалните стволови клетки е забранено по морални съображения, тъй като би било необходимо да се позволи на един цялостен организъм да узрее.
IPS клетките, които са генетично идентични с клетките на донора, също се считат за друг фаворит за споменатите цели на изследването. Понастоящем обаче процедурата все още е свързана с рискове, които трябва да бъдат елиминирани, преди да може да се използва в терапевтични процедури. Доказано е също така, че има по-големи разлики между iPS клетки и плюрипотентни ES клетки, отколкото се предполагаше първоначално. Следователно терапията с тъканни клетки, получени от препрограмираните клетки, към този момент не е възможна. Допълнителни подробности могат да бъдат намерени във фокуса върху изследванията на стволовите клетки.
състояние на изследванията
Дълго време експериментите в областта на клонирането на изследвания се провеждат изключително при опити с животни. През 2000 г. Munsie et al. за първи път за успешното култивиране на плюрипотентни ембрионални стволови клетки в мишката. За целта те инжектират енуклеирани миши яйцеклетки с генетичния материал на телесните клетки на мишки и позволяват на така генерирания клон да узрее в бластоциста. Ембрионалните стволови клетки, отстранени от бластоцистите, могат да бъдат допълнително култивирани в чашата на Петри и диференцирани в нервни и мускулни клетки. След това тези стволови клетки бяха маркирани и инжектирани в миши ембриони, а също и в мишки за възрастни. Беше възможно да се докаже, че клонираните стволови клетки в миши ембрион (виж модул Стволови клетки в миши ембрион) допринасят за развитието на мозъка, черния дроб, белите дробове, бъбреците и други органи и могат да се развият в различни видове тъкани дори при възрастни мишки.
Успешното извличане на стволови клетки от предварително клонирани зародиши на примати (вж. Модул за клониране на зародиши на примати) беше описано за първи път в края на 2007 г. За тази цел клетъчните ядра от кожни клетки на маймуни резус бяха прехвърлени в енуклеирани яйцеклетки. Те се превърнаха в бластоцисти, от които бяха получени стволови клетки, които се оказаха генетично до голяма степен идентични с оригиналните донорни клетки. Във всички тествани точки клетките съответстват на конвенционалните ембрионални стволови клетки и според изследователската група, ръководена от Шухрат Миталипов, могат да се диференцират в сърдечни мускули и нервни клетки.
В началото на 2008 г. Tabar и сътр. резултатите от терапевтичен експеримент със стволови клетки от клонирани ембриони за лечение на болестта на Паркинсон в миши модел (вж. модул Паркинсонова болест в миши модел). Ембрионите са клонирани от кожните клетки на мишки, страдащи от болестта на Паркинсон, от които са взети стволови клетки, които след това могат да бъдат диференцирани в специфични нервни клетки. Тези нервни клетки се инжектират в болните мишки донори, които впоследствие не показват имунни реакции, но значително облекчаване на техните симптоми. Възможността резултатите от този експеримент с животни да бъдат прехвърлени на хора е несигурна.
Също в началото на 2008 г. американска изследователска група, ръководена от Андрю Френч, публикува за първи път успешното клониране на човешки ембриони (вж. Модул клониране на човешки ембриони). Ядрото беше отстранено от човешки клетки на възрастни хора и прехвърлено в енуклеирани яйцеклетки. За експеримента изследователите са използвали 29 яйцеклетки от трима 20- до 24-годишни донори. Яйцеклетките, които станаха излишни по време на IVF лечение, бяха дарени от жените доброволно и безплатно. Бластоцисти се развиха от пет от яйцеклетките, съдържащи чуждия генетичен материал, по-нататъшното развитие на които беше прекъснато от учените. Успешното клониране на една от бластоцистите, т.е. генетичната идентичност на стволови клетъчни линии и донорна клетка, може да бъде надеждно демонстрирано.
През май 2013 г. изследователската група, ръководена от Масахито Тачибана и Шухрат Миталипов, успя за първи път да получи човешки ембрионални стволови клетки от клонирани ембриони. Учените също са прехвърлили ядрото на кожни клетки на възрастен човек в ядрени клетки донори. За проучването са били необходими само няколко яйцеклетки, тъй като изследователите са успели да използват систематично подобрен метод за предотвратяване на ранната смърт на ембрионите. След няколко клетъчни деления ембрионите бяха унищожени, за да се получат от тях ембрионални стволови клетки.
През април 2014 г. Робърт Ланца от биотехнологичната компания ACT и Донг Рюл Лий от Института за стволови клетки в Сеул публикуваха успешното установяване на линии на стволови клетки от процедура на клониране с диференцирани клетки на възрастни (виж модул Процедура на клониране с диференцирани клетки на възрастни). Те са ги получили от кожните клетки на двама мъже на 35 и 75 години, съответно. По този начин в сравнение с предходната година беше възможно да се покаже, че стволовите клетки могат да бъдат получени и с клетъчен материал, който вече показва множество генетични и биохимични промени и вероятно увреждане на ДНК.
Основна цел на основните изследвания в областта на терапевтичното клониране е да се намали ефективността на технологията за ядрен трансфер (вж. Модул изследвания за ядрен трансфер) и броя на iPS клетките (вж. Модул iPS изследвания), които могат да бъдат получени чрез препрограмиране нараства.
Създаването на хибриди човек-животно или химери човек-животно е допълнителна изследователска област.Процесът на извличане на яйцеклетки (виж модул Извличане на яйцеклетки) е свързан с прилагането на високи дози хормони и рискове, свързани с извличането на яйцеклетки. За да се заобиколят проблемите, свързани с използването на човешки яйцеклетки, се търсят алтернативни източници на яйцеклетки. В началото на 2008 г. британски изследователски екип, ръководен от изследователя на стволови клетки Лайл Армстронг, заяви, че за първи път са създали ембриони от човешки геном и яйцеклетки от крави. Целта на експериментите е да се определи, наред с други неща, дали е възможно да се използват животински вместо човешки яйцеклетки и ембриони за култивиране и диференциране на стволови клетки.
Оттогава експериментите върху ембриони с клетки от животински и човешки произход продължават и са широко критикувани. По-новите проучвания вече не са насочени към използването на животински яйцеклетки, а по-скоро до събиране на човешка тъкан, в най-добрия случай цели органи от животински ембриони, в които човешките стволови клетки трябва да се развиват по-нататък in vivo. Преди това животинските ембриони са генетично модифицирани по такъв начин, че генетичната последователност в тях, която отговаря за образуването на определени органи, да бъде „дезактивирана“. На тяхно място въведените индуцирани от човека плюрипотентни стволови клетки (iPS клетки) се интегрират и в най-добрия случай образуват съответния орган на основата на човешки клетки.