Podíl:
Top 10 fascinujících věcí vyrostlých v laboratoři
Není pochyb o tom, že věda učinila neuvěřitelné průlomy za posledních 100 let. To platí zejména v lékařství a biologickém inženýrství. Od vědecké záchranné vakcíny po revoluční operace vede věda značně zlepšila naši kvalitu života.
Pokrok vyžaduje, aby výzkumní pracovníci inovovali nová řešení starých problémů. Za každým lékařským objevem je laboratoř plná fascinujících nápadů. Někdy tyto experimenty vyvolávají etické otázky. Ale většinou jsou zajímavé přístupy k otravným problémům.
A jaké řešení je kreativnější než rostoucí něco v laboratoři od začátku? Zde je 10 fascinujících laboratorních prvků, které jsme možná nečekali.
10 prasečí kosti
V roce 2016 výzkumníci v USA úspěšně implantovali kosti vytvořené laboratoří do 14 dospělých mini-prasat Yucatan. Žádná z prasat neodstranila nové orgány po operaci. Naopak. Krevní cévy uvnitř laboratorních kostí se bezproblémově integrovaly do již existujících oběhových systémů prasat.
Jak to všechno bylo možné?
Aby byl proces zahájen, vědci naskenovali čelisti a namapovali struktury. Poté vytvořili z kravských kostí odpovídající lešení bez buněk. Tyto struktury byly injektovány kmenovými buňkami prasat a namočené do roztoku bohatého na živiny. Výsledkem byla plně funkční živá kost.
9 Rat Limb
Výzkumníci v Massachusetts General Hospital dělali zprávy v roce 2015, kdy v jejich laboratoři rostly celé přední končetiny. Byl to první úspěšný projekt svého druhu na světě.
Úsilí bylo vedeno Dr. Haroldem Ottem, který také řídí laboratoř Ott pro organické inženýrství a regeneraci. Jejich experiment také vedl k práci svalové tkáně po pouhých 16 dnech.
Zde je návod, jak to udělali:
Doktor Ott a jeho tým vzali živou krysí končetinu a odstranili všechny buňky. Tento proces se nazývá decellularization. Jakmile byly všechny živé buňky odstraněny, vědci byli ponecháni s proteinovou kostrou pro končetinu.
Pak tuto strukturu injikovali živými buňkami, které vytvořily svalovou tkáň a krevní buňky během několika týdnů. Pro testování funkčnosti laboratorně vyvinuté končetiny se tým aplikoval na svalovou tkáň malé elektrické náboje.
Výsledek? Svaly v končetině se shodovaly přesně tak, jako by přirozeně rostly orgány.
8 Hamburgerů
Přezdívaný "schmeat", první laboratorní hamburger na světě debutoval v Londýně v roce 2013. Vytvořil ho v Nizozemsku Dr. Mark Post, profesor cévní fyziologie. Jeho cílem bylo vyrábět maso, které nezpůsobovalo "nepřiměřené utrpení zvířat a poškození životního prostředí" jako tradiční zdroje masa. Projekt mu trval na pět let a 325 000 dolarů na dokončení.
Po jeho úspěchu, Post pokračoval k založení Mosa Meats. Ostatní společnosti také vyskočily na šanci vyrábět vlastní laboratorní maso. Memphis Meats, start-up v San Francisku, vytvořil v roce 2016 masové kuličky kultivované v laboratoři. Také vyrostly kuřecí proužky - první místo na světě.
Očekává se však, že budou veřejnosti přístupné až do roku 2021. Další společnost v Kalifornii, Hampton Creek, odhalila plány na to, aby laboratoř pěstovala na poličkách do roku 2018.
7 embryo člověka-prase
Ve Španělsku a ve městě La Jolla, Kalifornie, skupina vědců v institutu Salk úspěšně rostla v embryu prasat. Cílem výzkumu je nakonec růst celých lidských orgánů, které budou použity pro transplantaci, uvnitř jiných zvířat. Vědci u Salku již v myších embryích pěstovali několik orgánů potkana. Tento výzkum však vyvolal některé etické otázky.
V roce 2015 Spojené státy zastavily financování výzkumu mezi chiméry pomocí taxpayer dolarů. V genetice je chiméra přirozeně se vyskytující jev, kdy jediný organismus má dvě nebo více různých sad DNA.
Ale mezidruhová chiméra obsahuje DNA ze dvou nebo více druhů. To vyvolalo obavy, zda prasata nebo jiná zvířata implantovaná lidskými buňkami rozvinou lidské mozkové funkce.
Juan Carlos Izpisua Belmonte a jeho tým uvedli, že mají za cíl "otestovat způsoby, jak zaměřit lidské buňky na vytváření specifických tkání a zároveň se vyvarovat jakéhokoli příspěvku do mozku, spermií nebo vajec".
6 myší spermie
V roce 2016 vědci z Ústavu zoologie Čínské akademie věd produkovali životaschopnou myší spermie z kmenových buněk. K tomu se extrahovaly kmenové buňky z myší a zavedly je do testikulárních buněk od novorozených myší.
Qi Zhou a Xiao-Yang Zhao, kteří vedli experiment, také vystavili kmenové buňky několika chemikáliím zabývajícím se vývojem spermií. To zahrnuje testosteron, hormon pro vyvolání růstu folikulů a hormon indukující růst z hypofýzy.
Během dvou týdnů vědci vyvinuli plně funkční spermie. Implantovali spermie do životaschopných vajíček a převedli zygoty na samice myší.
V tomto experimentu se narodilo 9 mláďat mláďat, z nichž některé se později reprodukovaly samy. Ačkoli ještě není tak účinná jako umělá insemina při použití přírodních spermií (3% úspěšnost oproti 9%), tento výzkum slibuje budoucí léčbu plodnosti.
5 Krvetvorné buňky
Dvě samostatné týmy vědců vyvinuly nové přístupy k tvorbě krevních kmenových buněk. Jeden tým založený v Bostonské dětské nemocnici vedl George Daley. Tato skupina začala s buňkami lidské kůže a "přeprogramovala" je, aby se staly buňkami iPS (indukované pluripotentní kmen). Buňka iPS je uměle vytvořená univerzální kmenová buňka.
Daleyův tým pak injikoval buňky iPS transkripčními faktory, což jsou geny určené pro kontrolu jiných genů. Potom byly modifikované buňky iPS implantovány do myší, aby se vyvinuly. (Pokud sledujete, dělá tyto myši mezi chiméremi.)
Po 12 týdnech tito vědci vytvořili něco, co bylo pouze předchůdcem krevních kmenových buněk. Druhý tým se však ještě zlepšil.
V Weill Cornell Medical College Shahin Rafii a jeho tým vynechali tvorbu iPS. Namísto toho vzali buňky z krevních cév u dospělých myší a injikovali je čtyřmi transkripčními faktory. Pak přemístily buňky do petriho nádobí, které byly vybaveny tak, aby znovu vytvořily prostředí uvnitř lidské krevní cévy.
Tyto buňky se transformovaly do krevních kmenových buněk. Kmenové buňky z tohoto experimentu byly tak silné, že úplně uzdravily skupinu myší, které trpí nízkým počtem krevních buněk v důsledku radiační léčby.
4 Apple Uši
V roce 2016 kanadský biofyzikář Andrew Pelling a jeho tým na univerzitě v Ottawě úspěšně rozmnožili lidskou tkáň pomocí jablek. Použitím techniky decellularizace k odstranění existujících buněk z jablka byly ponechány "lešením" jablečné celulózy. Mimochodem, tato celulóza je tím, co dává jablkům jejich uspokojivou krizi.
Pelling a jeho tým vyřízli kus jablečného jablka ve tvaru ucha a vstříkli ho lidskými buňkami. Buňky obsadily strukturu a vytvořily oušnice (vnější část ucha).
Motivací experimentu bylo vytvořit levnější implantáty. Podle Pellinga je jeho laboratorní materiál také méně problematický než běžné biologické materiály používané pro implantáty, které často pocházejí ze zvířat nebo z mrtvých těl.
Tato technika není omezena pouze na jablka. Podíval se také na replikaci jeho nálezů v okvětních plátnech, chřestu a jiné zelenině.
3 Králík Penis
V roce 2008 dr. Anthony Atala z Wake Forest Institute for Regenerative Medicine doprovodil skupinu páření králíků. Ale to nebyla žádná skupina králíků. Muži dostali všechny penisy, které pracovaly od roku 1992.
Z 12 králíků, kterým byla podána bioinženýrovaná penis, se všichni pokusili o páření. Osm králíků bylo úspěšně vykoleno a čtyři králíci měli potomky.
Do roku 2014 Atala a jeho tým vytvořili šest lidských penisů s nadějí na získání souhlasu FDA pro transplantaci lidí. Vědci dali laborovně dospělé orgány přes přísné testování, pomocí stroje, aby je vytáhli a vytlačili, aby se ujistili, že drží každodenní opotřebení.
Tým také sestavil stroje pro čerpání tekutiny přes orgány, aby zajistily, že zvládnou erekci. Od roku 2017 neschválil Úřad pro potraviny a léčiva USA laboratorní orgány určené k lidské transplantaci v běžné populaci.
2 vagíny
Doktor Anthony Atala a jeho tým také rostli v lidských vagích ve své laboratoři. Tyto orgány byly potom implantovány do čtyř teenagerů v Mexiku, kteří měli poruchu, která způsobila, že se narodili bez vagin.
Pro vybudování orgánů získal tým Atala od každého dívky malý vzorek tkáně. Poté vytvořili vlastní biologicky odbouratelné lešení a injikovali je buňkami pěstovanými z původních vzorků tkání.
První z těchto operací byla dokončena v roce 2005. Následné kroky se ženami neodhalily žádné dlouhodobé komplikace z operací. Všechny čtyři ženy uváděly normální sexuální fungování. Nicméně pouze dvě ženy mají matky. Není jasné, zda zbylí dva budou schopni nést děti.
1 mozkové míče
Sergiu Pasca na Stanfordské univerzitě uchovává živý mini mozog po celé dva roky. Vědci se na ně odkazují jako na mozkovou organoid. Pouze asi 4 milimetry (0,16 in), tento malý kus lidské mozkové tkáně byl pěstován v laboratoři z kmenových buněk. S pravými hormony mohou vědci zkroutit tkáň a vyrůst do struktur, které téměř napodobují části mozku.
Největší rozdíl mezi skutečnou dohodou a těmito mini protějšky?
Laboratorní mozky nemají krevní cévy nebo bílé krvinky a nevycházejí z typických neurodevelopmentových vzorů. Místo toho přestanou dospívat v ekvivalentu prvního trimestru lidského vývoje. Přinejmenším je tomu v případě cerebrálních organoidních neuronů.
V mozku jsou neuronální buňky nazvané astrocyty, které dokáží dosáhnout plné zralosti v laboratorních organoidích. Astrocyty jsou pomocné buňky, které vytvářejí a snižují spojení mezi neurony podle potřeby. Také vytvářejí spojení s cévami vedoucími do a ven z mozku a hrají klíčovou roli při snímání zranění.
Další studie těchto mozkových koulí by mohla pomoci odhalit mechanismy, které stojí za Lou Gehrigovou chorobou a několika neurodevelopmentálními poruchami.