Chimera tikus dan tikus menunjukkan perkembangan normal dari embrio (B) dan organ-organ internal: ginjal, jantung, hati, paru-paru, pankreas dan otak di dalam organisme inang (C)Pluripotency adalah properti unik dari sel induk embrionik yang dapat berubah menjadi salah satu dari 200 jenis sel somatik yang diketahui, sesuai dengan program pengembangan embrio yang diberikan dan kondisi lainnya. Para ilmuwan telah belajar untuk mengambil sel-sel ini dari embrio manusia dan mengolahnya di laboratorium. Sejumlah percobaan telah menunjukkan bahwa dalam kasus ini, sel-sel pluripotent mempertahankan kemampuan untuk berdiferensiasi menjadi tipe sel apa pun, termasuk sel sperma dan sel telur.
Tetapi di laboratorium sangat sulit untuk menumbuhkan organ yang lengkap dari sel-sel induk, karena fisiologi manusia hampir mustahil untuk diciptakan kembali dari awal. Para ilmuwan masih belum tahu cara memprogram sel dengan akurasi seperti itu. Kita membutuhkan lingkungan alami di mana program untuk pengembangan sel dalam organ yang diinginkan diaktifkan dengan sendirinya. Embrio yang ideal adalah embrio manusia atau primata, tetapi cobaan seperti itu dilarang oleh hukum. Oleh karena itu, para ilmuwan telah menemukan jalan keluar dalam penggunaan embrio hewan yang secara fisiologis dekat dengan manusia - babi dan sapi. Di negara maju, percobaan pada embrio ini masih diperbolehkan.
Untuk mengatasi masalah ini, chimera sangat cocok - organisme yang terdiri dari sel-sel yang heterogen secara genetik. Di dalam chimera, organ organisme lain dapat tumbuh. Sejumlah
eksperimen semacam itu dilakukan oleh sekelompok ilmuwan dari Salk Institute for Biological Research (California). Secara khusus, mereka berhasil membuat chimera embrio babi untuk pertama kalinya dengan awal organ manusia.
Chimera adalah organisme yang sangat menarik dari sudut pandang ilmiah. Mereka dapat menjadi alat yang berharga untuk penelitian ilmiah dengan kemampuan untuk menggunakannya dalam uji klinis dan untuk transplantasi organ.
Sekarang situasi dengan organ donor sangat tegang. Misalnya, waktu tunggu rata-rata untuk ginjal adalah sekitar 10 tahun. Umur rata-rata pada dialisis adalah 5 tahun. Jika teknik menanam chimera dipikirkan, maka ginjal yang cocok dapat tumbuh lebih cepat saat seseorang masih hidup.
Dengan menggunakan teknik pengeditan genetik CRISPR-Cas9 dan teknologi pemrosesan sel punca terbaru, para ilmuwan berhasil menanamkan sel punca dalam embrio dan menumbuhkan berbagai organ tikus - pankreas, jantung, dan mata - dalam tubuh tikus. Eksperimen ini mengkonfirmasi kemungkinan konseptual dari metode semacam itu untuk mendapatkan organ donor.
Para peneliti kemudian menanamkan sel-sel manusia pluripotent ke dalam embrio babi, memeriksa perkembangan jaringan dan organ manusia. Ini adalah langkah pertama untuk penelitian yang lebih terperinci tentang budidaya organ manusia pada organisme lain, yang cocok dalam ukuran, fisiologi dan anatomi.
Sel yang pulih dari sel induk tikus berpotensi majemuk tumbuh di jantung di dalam embrio tikus yang dimodifikasi secara genetikPada 2015, tim ilmuwan yang dipimpin Ispisua Belmonte menciptakan chimera pertama yang memantau perkembangan sel manusia dalam embrio tikus yang tidak dapat hidup. Sekarang mereka telah melangkah lebih jauh dengan menerapkan teknik pengeditan genetik CRISPR-Cas9 untuk menentukan perkembangan sel-sel pluripoten dalam organ-organ tertentu.
Menggunakan pengeditan genetik CRISPR-Cas9, para ilmuwan mengubah embrio inang dengan melumpuhkan gen yang bertanggung jawab untuk pengembangan organ tertentu - misalnya, pankreas. Kemudian, sel-sel induk hewan lain (tikus) dengan gen pankreas aktif ditempatkan di dalam embrio. Embrio itu sendiri berkembang secara normal dalam tubuh ibu pengganti, dengan pengecualian bahwa ia memiliki pankreas asing.
Eksperimen yang sama persis dilakukan dengan organ lain di chimera tikus dan tikus - mata dan hati. Para ilmuwan juga menemukan bahwa sel-sel tikus pluripotent secara tak terduga membentuk kantung empedu dalam embrio tikus, organ yang tidak ada pada tikus. Ini menunjukkan bahwa sel donor pluripotent sangat dipengaruhi oleh organisme inang dan mengadopsi program pengembangannya.
Namun, memelihara organ manusia dalam babi tidak akan mudah. Para ilmuwan memperhatikan sejumlah kesulitan yang muncul ketika melintasi organisme hidup yang sangat berbeda, seperti manusia dan babi. Kesulitan seperti itu tidak ada ketika menumbuhkan organ dalam organisme yang terkait secara genetik. Sebagai contoh, pada seseorang dan seekor babi, masa kehamilan janin sangat bervariasi (dalam seekor babi, 112 hari).
Namun, percobaan dengan organ manusia pada embrio babi dilakukan. Prekursor jaringan manusia mulai dibuat dan dikembangkan hingga usia embrio yang berumur empat minggu, meskipun tidak dengan tingkat keberhasilan seperti chimera tikus dan tikus. Hanya sejumlah kecil sel yang selamat - dan mereka jelas tidak berkembang menjadi sesuatu yang layak. Percobaan dihentikan untuk mengevaluasi keamanan dan efektivitas teknologi.
Ketika menanam chimera dalam skala industri, orang-orang dapat mengatasi masalah kekurangan organ untuk transplantasi. Jutaan babi dapat dipelihara dengan hati, pankreas, dan ginjal manusia.
Para ilmuwan mengakui bahwa tujuan akhir penelitian dengan chimera mungkin adalah budidaya organ dan jaringan manusia pada skala industri, tetapi ini adalah prospek yang sangat jauh. Di tahun-tahun mendatang, penelitian di bidang ini lebih penting secara teoritis daripada praktis. Mereka akan memberikan pemahaman yang lebih baik tentang perkembangan embrio manusia dan akan membantu mempelajari beberapa penyakit yang tidak dapat dipelajari sebaliknya.
Karya ilmiah
diterbitkan pada 26 Januari 2017 di jurnal
Cell (doi: 10.1016 / j.cell.2016.12.036).
Dalam waktu dekat, penelitian akan dilanjutkan jika pihak berwenang tidak melarang mereka. Baru-baru ini, organisasi keagamaan dan publik yang bersifat konservatif telah
memprotes eksperimen semacam itu.