EGenesis, gespecialiseerd in de productie van genetisch gemodificeerde varkens voor transplantatie van menselijke organen, heeft de geboorte aangekondigd van meerdere bewerkte dieren. Ze verloren drie genen, verwierven er negen en verloren ook 25 virussen die zich vermenigvuldigden in het genoom. Tegelijkertijd zijn varkens volkomen gezond en vruchtbaar en veroorzaken hun cellen geen agressie in de componenten van het menselijke immuunsysteem. De komende jaren zijn klinische proeven met transplantaties bij mensen gepland. Een voordruk van het werk wordt op het bioRxiv-portaal geplaatst.
Er zijn drie obstakels voor transplantatie van menselijke organen. De eerste is fysiologische compatibiliteit: het orgaan moet qua grootte, structuur en functie geschikt zijn. In die zin is een handig object een varken, waarvan veel organen - bijvoorbeeld het hart of de nieren - niet significant verschillen van die van mensen.
Het tweede obstakel is afwijzing van het immuunsysteem. Het menselijk lichaam reageert voorzichtig op onbekende moleculen, maar sommige - bijvoorbeeld suikers op het oppervlak van vreemde cellen - veroorzaken een bijzonder sterke agressie.
Ten slotte is de derde de virussen die elk organisme in zijn genoom draagt. We hebben het niet over actieve virussen die epidemieën veroorzaken, maar over endogene virussen, dat wil zeggen, virussen die de cel niet doden, maar zich alleen vermenigvuldigen binnen de kern. Maar als de cel nog steeds op de een of andere manier zijn eigen virussen onder controle houdt, en als vreemde cellen hem infecteren met nieuwe virussen, kan hij de gevolgen van hun voortplanting misschien niet aan.
Om het orgaan van een varken compatibel te maken met de mens, is het, rekening houdend met al deze vereisten, nodig om in één keer veranderingen aan te brengen in een aantal genen. Aanvankelijk probeerden ze dit te bereiken door gen-knock-outs, en het hart van een varken met verschillende knock-outs hield het drie jaar lang in het lichaam van de baviaan vast.
Maar in 2015 richtten de Amerikaanse geneticus George Church en de Chinese bioloog Luhan Yang eGenesis op, een bedrijf met als doel varkens te maken die door meerdere genen tegelijk zijn gemodificeerd. Na een tijdje meldden wetenschappers onder leiding van Church dat ze varkenscellen volledig konden reinigen van endogene retrovirussen. Nu hebben Church en Jan de volgende stap gezet: zowel "virusvrije" als immunologisch compatibele dieren creëren.
Hiervoor moesten de onderzoekers van eGenesis een meerstappenprotocol ontwikkelen. Om te beginnen namen ze een kweek van fibroblasten uit het oor van een gewoon varken. Met behulp van elektroporatie werden moleculen van het CRISPR / Cas9-systeem erin geïntroduceerd om drie genen uit DNA te verwijderen die de sterkste afstoting in het menselijk lichaam veroorzaken. Tegelijkertijd werd een plasmide met negen nieuwe, reeds menselijke genen geïntroduceerd in de cellen, die verantwoordelijk zijn voor het onderdrukken van de immuunrespons en bloedstollingsprocessen. De resulterende cellen mogen dus niet alleen immuunagressie veroorzaken, maar deze ook onderdrukken.
Nadat ze hadden bevestigd dat de bewerking succesvol was, verwijderden de wetenschappers de fibroblastkernen en plaatsten ze in kernvrije eieren - een al lang gevestigde methode van klonen. De embryo's ontwikkelden zich uit de eieren, die werden geplant bij draagmoeders, die biggen van de eerste generatie baarden. Deze varkens droegen nog steeds virussen, maar ze hadden al immunologisch compatibel moeten zijn met mensen.
Promotie video:
Wetenschappers isoleerden opnieuw een kweek van fibroblasten uit hun lichaam en voerden de volgende fase van bewerking erin uit: opnieuw werd met behulp van elektroporatie het CRISPR / Cas9-systeem in de cellen geïntroduceerd, dat het reverse transcriptase-gen aanviel, een sleutelenzym waarmee endogene virussen zich voortplanten in het genoom. Daarna werden ook de celkernen geïsoleerd, in de eicellen geplaatst en werden de tweede generatie biggen verkregen. De varkens verloren dus drie genen, kregen er negen en verloren ook vijfentwintig actief vermenigvuldigende virussen.
De onderzoekers verifieerden dat de bewerkte varkens genetisch stabiel waren. In hun cellen kwamen acht van de negen menselijke genen daadwerkelijk tot expressie en genen die immuunafstoting veroorzaken, waren "stil". Wetenschappers controleerden het dierlijke genoom op sporen van off-target bewerking en vonden verschillende CRISPR / Cas9 "missers", maar deze hadden geen invloed op de eiwitcoderende gebieden van DNA.
De dieren zelf waren fysiologisch gezond en vruchtbaar. Ondanks het verstoren van hun immuniteit en bloedstollingssysteem, bleef hun bloedbeeld binnen normale grenzen. Wetenschappers vonden ook geen effect van redactie op het werk van het hart, de lever en de nieren van varkens.
Ten slotte testten de onderzoekers of de genetisch bewerkte varkens de eigenschappen hadden verworven die nodig waren voor transplantatie. Eerst isoleerden ze een celkweek uit de vaatwanden van varkens en behandelden die met menselijke immunoglobulinen: ze binden 90 procent minder aan gemodificeerde cellen dan normale. Vervolgens werden deze cellen beïnvloed door menselijke complementeiwitten - ze reageren zelfs eerder op de aanwezigheid van vreemde cellen dan immunoglobulinen - maar het complementsysteem werd niet vaker geactiveerd dan in het geval van hun eigen, menselijke cellen.
Zo zijn wetenschappers erin geslaagd dieren te creëren waarvan de cellen geen onmiddellijke agressie van de menselijke immuniteit veroorzaken. Ondanks het feit dat het immuunsysteem later op vreemde cellen kan reageren en er zeldzamere eiwitten op kan herkennen, kan dit worden aangepakt met behulp van immunosuppressiva. Door aan de andere kant te bewerken, kunt u acute afstoting voorkomen en tijd winnen zodat het orgaan wortel kan schieten in het lichaam. In een interview met Science verduidelijkte Yang dat het bedrijf van plan is zich in 2020 te concentreren op preklinische testen, maar verwacht in de komende vijf jaar over te stappen op menselijk onderzoek.
Auteur: Polina Loseva
