Ученые из Китая устранили врождённое заболевание у эмбриона человека

Генное редактирование — лучший, а иногда единственный способ вылечить врождённое заболевание, пишут авторы научной работы, которая опубликована 23 сентября 2017 года в журнале Protein & Cell. Оно не только излечивает конкретного человека, но и предотвращает передачу неправильных генов следующим поколениям.

 

Авторы научной работы — из главной лаборатории генной инженерии Министерства образования, главной лаборатории биоконтроля и исследований здорового старения, главной лаборатории репродуктивной медицины провинции Гуанчжоу и Школы естественных наук (все — Китай), а также департамента биохимии и молекулярной биологии Медицинского колледжа Бейлора (Хьюстон, США).

 

Как и другие исследовательские группы, в данном случае для генного редактирования учёные поначалу пытались применить известный метод CRISPR/Cas9 в сочетании с гомологично направленной репарацией клеток (homology directed repair, HDR) в трёхъядерных зиготах и диплоидных зиготах, но этот метод пока трудно использовать в реальных условиях по причине низкой эффективности и нежелательных неожиданных гомологических рекомбинаций. Поэтому исследователи использовали усовершенствованную технику, которая показала высокую эффективность. Они применили редактор оснований (base editor) на основе системы CRISPR/Cas9 и цитидиндезаминазы (rAPOBEC1).

 

Любопытно, что программируемое редактирование цепочек ДНК с помощью такого редактора изобретено в США и описано в литературе (2016). Редактор позволяет очень точно и надёжно заменять в макромолекуле ДНК одиночные основания C на T, а основания G на A. Но американские исследователи не смогли проверить своё изобретение на человеке, так что знамя подхватили китайские коллеги.

 

В рамках этого эксперимента генетики сумели избавить человеческий эмбрион от врождённого генетического заболевания бета-талассемия — это довольно распространённое генетическое заболевание в странах Средиземноморья, на Ближнем Востоке, в Индии, Центральной и Юго-Восточной Азии. Большая бета-талассемия возникает при наличии мутаций в обоих аллелях гена бета-глобина. В отсутствие или при резком уменьшении производства бета-цепей гемоглобин А вытесняется гемоглобином F. При отсутствии лечения пациента с большой бета-талассемией обычно не доживают до пяти лет. Единственные варианты для них — аллогенная трансплантация костного мозга или постоянные переливания крови на протяжении всей жизни, но и в этом случае они часто страдают от сопутствующих заболеваний.

 

Учёным хорошо известно, что ген бета-глобина находится на 11 хромосоме в позиции p15.5, а вылечить заболевание можно простой коррекцией базовых пар в этом гене на уровне зародыша, что и сделали китайские исследователи. Поскольку в реальных условиях трудно найти эмбрион с таким заболеванием, то учёные сделали 20 клонов из клеток кожи пациента. По итогу эксперимента успешная замена основания G на основание A в одной или двух аллелях удалось осуществить у 8 из 20 клонов. Такая эффективность пока недостаточна для клинического использования, но она превышает эффективность других методов генного редактирования.

 

Такой способ редактирования представляет собой существенный прогресс по сравнению с обычным генетическим редактированием, потому что замена отдельных оснований ДНК — это сверхточный метод точечного редактирования. Благодаря этому группа китайских генетиков впервые в мире сумела устранить рецессивную мутацию, которая вызвана двумя сбойными копиями одного гена, то есть мутациями в обоих аллелях. Это значительное достижение, которое открывает совершенно новые перспективы перед медициной.

Журнал Nature пишет, что учёные из разных стран опубликовали в научной прессе уже восемь работ по генетическому редактированию человеческих зародышей, из них пять — за последние два месяца. Никто не позволил зародышу расти более 14 дней по этическим соображениям.

3D-печать яичников сделала возможным рождение здорового потомства у животных

Ученые при помощи 3D-печати смогли воссоздать функционирующие яичники, с помощью которых стерильная мышь смогла родить здоровых мышат. Биопротезы яичников представляли собой пористій каркас из желатиновых чернил, заполненный фолликулами с незрелыми яйцеклетками. С их помощью удалось восстановить производство гормонов и фертильность у мышей.

В тестах на мышах, у которых один яичник был удален хирургически, ученые обнаружили, что биоимплантаты яичников, подключенные к системе кровообращения, в течение недели приживались и продолжали поставлять яйцеклетки естественным путем через поры желатиновых структур. Из семи мышей, которые спарились после добавления биопротеза, у троих получилось здоровое потомство.

Чем яичники могут отличаться от других трехмерных 3D-печатных структур? Каркас биопротеза представляет собой желатин — биологический гидрогель, полученный из разрушенного коллагена, который безопасен для использования на людях. Существует ряд условий, при которых можно разработать биопротез, который не будет отторгаться живым организмом. Он должен быть сделан из органических материалов, которые были бы при этом достаточно жесткими, чтобы биопротез можно было успешно имплантировать, но в то же время достаточно пористыми, чтобы естественно взаимодействовать с тканями тела.

Трехмерная печать в данном исследовании осуществлялась путем сложения волокон желатина, чтобы контролировать расстояние между ними, а также взаимоотношения между слоями, что позволяет конструировать биопротез подходящего размера и формы. Решетки биопротеза яичников были напечатаны из желатиновых пластин. Размер и положение отверстий в структурах контролировалось, для размещения десятков фолликулов. Зрелые яйцеклетки далее высвобождались из биопротезов, как это происходит при нормальной овуляции. Такая геометрия яичников осуществляет гормональную поддержку незрелых яйцеклеток. Это первое исследование, которое демонстрирует, что архитектура биопротезов влияет на выживаемость фолликулов.

Печать биопротезов для мышей — не конечная стадия исследования. Биопротезирование яичников должно помочь восстановить фертильность и выработку гормонов у молодых женщин, чья репродуктивная система была повреждена в результате различных болезней или состояний.Нередко у таких женщин яичники перестают функционировать, и пациенткам требуется регулярная заместительная гормональная терапия.

Ученые и раньше создавали искусственные яичники для животных, но это первая представленная работа, в которой использовалась технология 3D-печати, однако пока неясно, будет ли такой подход так же эффективен у людей, так как фолликулы у человека отличаются от мышиных.

Таким образом, можно констатировать, что достижения трехмерной печати уже трансформируют некоторые передовые отрасли медицины, позволяя врачам сорздавать детали организма, которые непосредственно могут быть имплантированы пациентам.

Разработка «искусственной матки» (пока на животных моделях)

Как показали исследования, «искусственная матка» обеспечила нормальное развитие сильно недоношенных ягнят. Клинические испытания подобного устройства для недоношенных человеческих плодов планируются  в течение 5 лет.

 

В научном журнале Nature Communications вышла статья, где рассказывается об успешных испытаниях «искусственной матки» – внутри нее в течение четырех недель американские ученые выращивали недоношенных ягнят. Если дальнейшие эксперименты будут удачными, то уже через три-пять лет начнутся исследования с участием людей. То есть, в будущем разработка может спасти не одну жизнь. Правда, есть несколько сомнений, но о них позже.

Развитие млекопитающих в утробе матери — сложнейший процесс. Да, мы все к нему привыкли и примерно знаем, что происходит во время развития плода — будь то человек или тушканчик. С давних пор ученые задаются целью вырастить живое существо вне матки, в искусственной среде. Активно этой проблемой занимаются лет двадцать. Некоторые специалисты близки к решению этой задачи. Группа специалистов из Детской больницы Филадельфии (Children’s Hospital of Philadelphia) разработала способ выращивания млекопитающих в искусственной матке.

Этот метод уже проверен и, насколько можно понять, неплохо работает. В лаборатории участников проекта — не один, а сразу восемь ранних плодов (ягнята), которые продолжают расти и развиваться. Их легкие, мозг и другие органы увеличиваются в размере и постепенно приближаются к норме для новорожденных. Ягнята уже открывают глаза, начинают делать глотательные движения — в общем, все то, что делают и обычные животные, которые еще не родились, а находятся в матке овцы. Возможно, говорят ученые, в будущем этот способ поможет без риска для здоровья «донашивать» преждевременно родившихся младенцев в искусственной среде. Это нужно, если по каким-то причинам мать не может выносить ребенка в срок естественным способом.

«Думать, что вы можете взять эмбрион, позволить ему развиться и поместить в искусственную матку для достижения стадии рождения — чистой воды фантастика», — говорит Алан Флейк, фетальный хирург Детской больницы Филадельфии. По его словам, пока что реальность — это возможность довести ранний плод до стадии рождения. О том, чтобы провести процесс развития зародыша от стадии эмбриона до стадии рождения, думать еще слишком рано.

Созданная учеными «искусственная матка» представляет собой пластиковый пакет, заполненный аналогом амниотической жидкости (околоплодных вод). Кислород и другие необходимые вещества плод получает через «пуповину». В рамках исследования специалисты из Детской больницы Филадельфии поочередно поместили в такую систему восемь ягнят, которых извлекли из матки овцы на 15–17-й неделях развития (в норме беременность у овец длится 21 неделю). Внутри искусственной матки животные успешно провели четыре недели.

Конструкция устройства; внизу — один и тот же ягненок, помещенный в Biobag после 107 дней вынашивания, через четыре и 28 дней пребывания в нем.

Поскольку важно было понять, как плод развивался, после извлечения из пакета животных умерщвляли с последующим проведением вскрытия. Но к одному ягненку у исследователя возникла привязанность, поэтому его отправили на ферму. Результаты вскрытий показали, что развитие плода в искусственной матке проходило хорошо.

Для людей эта технология имеет огромное значение. Сейчас при рождении на 24-й неделе беременности шансы недоношенного ребенка на выживание — 50 на 50. Современное медицинское оборудование и лекарства, применяемые в таких случаях, могут нанести ребенку большой вред, но врачи вынуждены идти на риск, поскольку другого варианта нет.

Несмотря на успешные испытания на ягнятах, до появления коммерческой системы для людей еще далеко и еще не факт, что такова будет создана вообще. Человеческий организм имеет множество отличительных особенностей и теоретически создать искусственную матку для недоношенных детей будет гораздо сложнее, чем для животных. К тому же это уже далеко не первая попытка имитировать условия жизни в матке — предыдущие провалились.

Что касается искусственной матки, то она больше всего похожа на вакуумную упаковку, если смотреть со стороны. Но на самом деле, у этой системы есть все те элементы, которые присущи и матке у живых, вполне настоящих и реальных овец. Внутри нее — раствор, в котором плавает плод. Этот раствор выводит вредные вещества из организма ягненка, одновременно обеспечивая газообмен.

Саму искусственную матку ученые назвали Biobag. Собственно, это действительно биосумка, ни больше, ни меньше. Флейк утверждает, что в скором времени метод, разработанный в больнице, поможет спасать жизни недоношенным детям. Недоношенность, по его словам — это одна из наиболее частых причин гибели детей. Недоношенными рождаются около 10% детей, которые рождаются ранее 37 недели беременности. 6% детей рождаются еще раньше — до достижения 28-й недели беременности. Собственно, чем больше времени у преждевременно родившегося ребенка остается до нормального срока рождения, тем меньше у него шансов остаться в живых.

Ученые разработали несколько достаточно эффективных методов для поддержания жизни у недоношенных детей. Но эти методы все же нельзя назвать слишком уж эффективными и 100% надежными. Причем многие дети, родившиеся раньше срока и выжившие, страдают рядм заболеваний из-за побочных эффектов современных методов донашивания. Требуется что-то иное. И этим иным может стать метод, который создали Флейк с коллегами. Конечно, сейчас никто им не позволит проводить опыты на детях. Но на животных опыты проводить можно, чем специалисты и занимаются большую часть времени. Если бы способ искусственного выращивания раннего плода млекопитающих был бы доработан, то следующим этапом можно было бы сделать помощь людям.

Одна из основных задач, которые стоят перед специалистами, которые занимаются созданием искусственной матки — разработка системы циркуляции жидкостей и газов, которая могла бы заменить собой естественный аналог. Кроме того, нужно проработать еще и снабжение растущего организма кровью, что означает создание системы насосов, способных поддерживать нормальное давление в кровеносной системе плода.

Но Флейк с коллегами пошли по другому пути. Они разработали оксигенатор особого типа, подключили его к кровеносной системе плода и кровь теперь свободно циркулирует по этой системе. Насосов в ней нет, работающее сердце плода выполняет роль этого насоса и вполне успешно.

Еще одна проблема — это инфекции. Нельзя допустить риска заражения плода, у которого иммунитета еще нет, либо он крайне слаб. В этом случае используются специальные помещения с минимальным содержанием микроорганизмов в воздухе и на поверхностях. Как уже говорилось выше, токсины из тела плода выводятся при помощи специальной жидкости, которая одновременно снабжает ткани тела кислородом.

Тем не менее, если дальнейшие эксперименты окажутся успешными, недоношенных детей смогут перемещать после кесарева сечения в искусственную матку на срок до четырех недель для дальнейшего развития в условиях, максимально приближенным к естественным.

Ученые протестировали свою систему на семи ранних плодах овец, возраст которых составил 105-120 дней. Это эквивалент 22-24 неделе беременности у человека. Спустя четыре недели после того, как ягнята были помещены в искусственную матку их изучили. Ни признаков повреждения, ни других проблем ученые не обнаружили.

Конечно, овцы — не люди, они развиваются несколько по иному пути, особенно, если иметь в виду нервную систему и мозг. Тем не менее, начало положено, и в скором времени ученые надеются разработать эффективную и надежную систему спасения недоношенных детей. Но до наступления этого момента специалистам предстоит выполнить еще много работы.

Исследователи особо подчеркивают, что эта технология позволит повысить шансы на выживание только у тех детей, которые родились на 24-й неделе или позже.

 

https://www.nature.com/articles/ncomms15112

 

Разработана новая технологию быстрой и безопасной разморозки криоконсервированной ткани

В целом, криоконсервация (от греч. κρύος — холод и лат. conservo — сохраняю) — это низкотемпературное хранение живых биологических объектов с возможностью восстановления их биологических функций после размораживания. Довольно давно разработаны и успешно применяются методы криоконсервации клеточных культур, тканей, эмбрионов.

В настоящее время проблему составляет не криоконсервация, а размораживание. Однако недавно стало известно о технологии, которая позволяет размораживать фрагменты тканей без повреждения их клеточной структуры.

Как известно, рабочие температуры криоконсервации составляют менее –196°C. Фрагменты сохраняемой ткани помещаются в жидкий азот, что позволяет полностью остановить биохимические процессы в клетках, включая обмен веществ и энергии.

Команда ученых из США заявила о разработке новой методики, которая позволяет замораживать образцы тканей и органов абсолютно без повреждения клеток.

Вместо использования конвекции, применяемой для разморозки тканей, ученые использовали наночастицы для разогрева тканей, с равномерным повышением температуры всех её участков, причем повышение температуры происходило очень быстро: более 100 градусов в минуту, в результате чего не возникли ледяные кристаллы, которые, собственно и повреждали клетки.

 

Источник: Manuchehrabadi et al., Science Translational Medicine (2017)

 

В исследовательской программе были использованы наночастицы оксида железа, покрытые кремнеземом, которые нагревались при помощи электромагнитного поля. После восстановления нормального температурного режима ученые выводили наночастицы из экспериментального образца ткани путем вымывания.

Основные повреждающие факторы при замораживании живой ткани — образование льда внутри кленки и обезвоживание. Если охлаждение ведется с высокой скоростью, внутри клетки образуются кристаллы льда, что влечет за собой увеличение внутреннего объема структур клетки и их разрушение. При охлаждении клетка теряет до 90% воды, что приводит к разрушению белковых комплексов, из-за чего размороженная клетка не может нормально существовать.

В Украине родился первый ребёнок, зачатый от трёх родителей

Отечественным репродуктологам удалось помочь бесплодной паре, используя новый подход к экстракорпоральному оплодотворению: впервые в Украине удалось осуществить оплодотворение методом так называемого пронуклеарного переноса, и получить здорового новорожденного. Этот ребёнок родился в начале нового 2017 года и стал вторым в мире ребёнком от трёх родителей (первый такой ребёнок родился в 2016 году в Мексике).

В рамках цикла яйцеклетка 34-летней женщины была оплодотворена спермой партнёра, а затем ядро с полученным генетическим материалом было перенесено в донорскую яйцеклетку, поэтому ребёнок имеет гены своих родителей и небольшое количество генов второй женщины.

Подобная методика ЭКО позволяет получить здорового потомство женщинам с митохондриальными заболеваниями. При естественной беременности у них часто рождаются дети с различными генетическими аномалиями, а при применении нового подхода происходит объединение генетического материала женщины с патологией митохондрий и донорских клеток другой женщины.

Новый эффективный, но недостаточно безопасный мужской контрацептив

Разрабатываемый новый мужской контрацептив оказался эффективным, но побочные эффекты заставили прекратить его исследования.

Новый мужской инъекционный контрацептив продемонстрировал почти стопроцентную эффективность. Препарат является гормональным средством, а его эффект основан на снижении качества сперматозоидов.

Всего в исследовании приняло участие 320 мужчин в течение 1 года. Эффективность оказалась равной 96% (в проекте принимали участие мужчины, у которых был постоянный половой партнер). Несмотря на продемонстрированную эффективность, у средства оказалось достаточно много побочных действий: депрессия и перепады настроения, боль в мышцах, акне, повышенное либидо.

Такие выраженные побочные эффекты возникли у 20 участников из 320. Эти участники приняли решение прекратить испытание. Среди самых выраженных проявлений — один случай клинической депрессии и один случай проблем с сердцем.

Испытания были досрочно прекращены. Специалисты по клиническим исследованиям посчитали, что для участников исследования его использование может представлять опасность. Однако 75% добровольцев заявили о том, что они довольны эффективностью контрацептива и хотели бы продолжать им пользоваться в будущем.

Исследование эффективности препарата включало два этапа: на первом этапе мужчины использовали испытуемый препарат, а женщины — традиционные методы контрацепции; на втором этапе пары использовали только новую контрацепцию для мужчин. Инъекции содержали гормон группы прогестогенов с удлиненным сроком действия. Используемый гормон блокировал производство спермы. Однако при использовании прогестогена в мужском организме снижается уровень гормона тестостерона, поэтому было необходимо вводить дополнительно этот гормон.

В течение года участникам эксперимента делали инъекцию препарата каждые два месяца. В течение года было зафиксировано 4 случая беременности. Эффективность нового инъекционного контрацептива для мужчин оказалась примерно равной эффективности контрацептивных препаратов для женщин.

Молекулярные биологи из Японии впервые смогли превратить клетки кожи мышей в полноценные яйцеклетки

Японские биологи впервые смогли превратить обычные клетки мышей в полноценные яйцеклетки, оплодотворить их и вырастить нормальное потомство, способное размножаться. За последние несколько десятилетий биологи научились превращать стволовые клетки в ткани костей, мускулов, кожи и нервной системы, которые могут стать «запасными частями» на случай повреждения тканей тела или лекарством для лечения дегенеративных заболеваний. Особое внимание издавна привлекает превращение стволовых клеток в половые клетки, пригодные для размножения.

Группа ученых под руководством Митинори Саито (Mitinori Saito) из университета города Киото (Япония) уже более пяти лет работает над получением полноценных половых клеток из стволовых клеток и «заготовок» сперматозоидов и яйцеклеток. В августе 2011 года Саито и коллеги научились выращивать сперматозоиды из эмбриональных и стволовых клеток. Через год японские биологи успешно использовали полученный опыт для превращения стволовых клеток в «заготовки» яйцеклеток, которые они имплантировали бесплодной мыши и получили потомство.

В своей новой статье Саито описывает логический шаг — полное повторение всего процесса формирования женских половых клеток в лабораторных условиях, начиная со стволовых клеток и заканчивая получением полноценных яйцеклеток. Для решения задачи ученым пришлось модернизировать «лабораторные  яичники» из других эмбриональных клеток, которые они использовали в предыдущих экспериментах, и воздействовать на них гормональными сигналами для развития «заготовок» яйцеклеток в зрелые яйцеклеток. Процесс роста яйцеклеток длится примерно один месяц. Дольше всего формируются «заготовки» половых клеток — на это уходит около трех недель, еще 11 дней они растут и развиваются, и один день — на формирование. Результатом этого процесса являются нормальные яйцеклетки, которые не отличаются от естественных, но несколько отличаются набором активных генов.

Эти различия, как показали эксперименты по имплантации и оплодотворению в матке суррогатных мышей, повлияли на их фертильность: только около 3% яйцеклеток успешно оплодотворилось, имплантировалось и развилось в нормальный зародыш. В среднем процедуру искусственного оплодотворения успешно переживает больше половины  яйцеклеток — на порядок больше, чем в описанной статье. Несмотря на такие проблемы, все оплодотворенные зародыши превратились в нормальных мышей, из которых развились нормальные мыши, причем и самки, и самцы, родившиеся из таких яйцеклеток, смогли оставить нормальное потомство.

Успешное завершение этих экспериментов, как отмечают Саито и его коллеги, дает человечеству новую надежду на то, что методики выращивания яйцеклеток могут дать шанс многим бесплодным парам продолжить род.

Родился первый в мире ребенок, несущий гены трех родителей

В Мексике успешно была проведена операция по экстракорпоральному оплодотворению, в результате которой появился ребенок от «трех родителей». Об этом сообщил журнал New Scientist.

На самом ребенок родился еще в апреле этого года, но сообщение об этом событии по этическим нормам было обнародовано лишь недавно.

Основная заслуга в этом достижении принадлежит команде американских ученых по руководством Джона Чжана. Операция была проведена в Мексике, так как законы США прямо запрещают применение подобной методики. Пациентами Чана была супружеская пара с Ближнего Востока, чьи два предыдущих ребенка скончались от синдрома Лея — наследственного заболевания, которое сопровождается нейрометаболическим синдромом. Необходимость использования специальной методики оплодотворения от трех родителей объяснялась наличием в митохондриальной ДНК матери специфических генов, отвечающих за развитие болезни.

В ходе операции Чан перенес ДНК митохондрий женщины-донора в яйцеклетку матери, обезопасив ее тем самым от развития наследственного синдрома Лея. Таким способом ученые создали 5 эмбрионов, но только 1 из 5 эмбрионов прижился.

На текущий момент ребенок, которому уже пять месяцев, вполне здоров. 1% его митохондриальных генов несут мутации, но для развития болезни доля патологических генов должна быть гораздо выше – более пятой части.

Однако многие зарубежные специалисты поднимают этические моменты, связанные с манипулированием человеческой ДНК: например, как себя будет ощущать человек, рожденный фактически от трех родителей?

Ученые предположили, когда люди смогут обходиться без секса для продолжения рода

Приблизительно в течение 20 лет люди на Земле смогут зачать детей без секса. Об этом заявил один из профессоров Стэнфордского университета Генри Грили.

Тег «Далее» «Ученые предположили, когда люди смогут обходиться без секса для продолжения рода»

Новый-старый метод искусственного оплодотворения?

Экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО) пользуется популярностью у бесплодных пар уже давно. Однако, несмотря на популярность и время существования этой процедуры, ЭКО остается методикой не самой безопасной и достаточно дорогостоящей. Команда международных ученых-медиков разработала новую, более доступную и удобную методику оплодотворения.

Тег «Далее» «Новый-старый метод искусственного оплодотворения?»

Дети от трех родителей: возможно ли такое?

У ребенка может быть три биологических родителя: этот метод, оставаясь на мировом уровне экспериментальным, получает все больше подтверждений в своей эффективности.

Тег «Далее» «Дети от трех родителей: возможно ли такое?»