Клонирование человеческих тканей и органов. Использование клонирования в медицине Клонирование клеток и органов человека

В октябре 2001 г. компании Advanced Cell Technology (АСТ, США) удалось впервые получить клонированный эмбрион человека, состоявший из 6 клеток. Этоозначает, чтоклонирование эмбрионов в медицинских целях (так называемое терапевтическое клонирование) уже не за горами.

Целью такогоклонирования является получение бластоцистов человека (полых сферических образований, состоящих примерноиз 100 клеток), которые содержат внутреннюю клеточную массу. После извлечения из бластоцистов внутренние клетки могут развиваться в культуре, превращаясь в стволовые клетки, которые, в свою очередь, могут превращаться в любые дифференцированные клетки человека: нервные, мышечные, кроветворные, клетки желез и т.д.

Медицинские применения стволовых клеток очень перспективны и необычайноразнообразны. Они могут использоваться, например, для лечения сахарногодиабета путем восстановления популяции погибших или поврежденных клеток поджелудочной железы, производящих инсулин. Их можноиспользовать и для замены нервных клеток при повреждениях головногоили спинногомозга. При этом не возникает опасности отторжения трансплантатов и прочих нежелательных осложнений, сопровождающих обычные операции попересадке клеток, тканей и органов.

В последнее время термин «терапевтическое клонирование» стали использовать и для обозначения клонирования эмбрионов, предназначенных для имплантации в матку женщины, которая затем может родить клонированногоребенка. Этооправдывают тем, чтотакое клонирование позволит иметь детей бесплодным парам. Однакоононе имеет отношения к лечению как таковому. Поэтому большинствоученых, занимающихся клонированием в медицинских целях, считают, чтовремя «репродуктивного» клонирования еще не наступило- предстоит решить еще множествосложнейших биологических, медицинских и этических проблем.

На объявление компании АСТ с просьбой предоставить материал для научных исследований в области клонирования откликнулось множествоженщин, из которых после тщательной проверки здоровья и психическогосостояния были отобраны 12 доноров. Интересно, чтобольшинствопотенциальных доноров заявили, чтоотказались бы участвовать в экспериментах порепродуктивному клонированию.

Донорам делали специальные инъекции гормонов, чтобы при овуляции выделялась не одна, а примерно10 яйцеклеток. В качестве источников ядер для пересадки в яйцеклетки использовали фибробласты. Фибробласты получали из биопсий кожи анонимных доноров, среди которых были больные сахарным диабетом, а также пациенты с повреждениями спинногомозга. После выделения фибробластов из них получали культуры клеток. клонирование яйцеклетка эмбрион медицина

В первых экспериментах были использованы ядра фибробластов. Однакопосле пересадки ядра яйцеклетка хоть и начинала делиться, нопроцесс быстрозавершался, и не образовывалось даже двух раздельных клеток. После ряда неудач американские исследователи решили использовать подход Т.Вакаямы и Р.Янагимачи (так называемый гавайский метод), с помощью которогобыла получена первая клонированная мышь.

Этот метод состоит в том, чтовместоядра соматической клетки (фибробласта) в яйцеклетку пересаживается целая овариальная клетка. Овариальные клетки обеспечивают питанием развивающуюся яйцеклетку и настолькопрочнос ней связаны, чтосохраняются на ее поверхности даже после овуляции. Эти клетки настолькомалы, чтовместоядра можноиспользовать целую клетку.

Однакои в этом случае возникли значительные трудности. Потребовалось более 70 экспериментов, прежде чем удалось получить делящуюся яйцеклетку. Из 8 яйцеклеток, в которые были введены овариальные клетки, две образовали четырехклеточный эмбрион, а одна - шестиклеточный. После этогоих деление прекратилось.

Партеногенетический подход основан на том, чтояйцеклетка становится гаплоидной не сразу, а на довольнопозднем этапе созревания. Если бы такую почти созревшую яйцеклетку удалось активировать, т.е. стимулировать к делению, можнобылобы получить бластоцист и стволовые клетки. Недостаток этогоподхода заключается в том, чтополученные стволовые клетки будут генетически родственны толькодонору яйцеклетки. Получить стволовые клетки для других людей таким способом невозможно- обязательнопотребуется пересадка ядер в яйцеклетку.

Ранее были удачные попытки активации яйцеклеток мышей и кроликов с помощью различных веществ или электрическоготока. Еще в 1983 г. Э.Робертсон получила стволовые клетки из партеногенетическогоэмбриона мыши и показала, чтоони могут формировать различные ткани, включая мышечную и нервную.

С человеческим эмбрионом все оказалось сложнее. Из 22 яйцеклеток, активированных химическим путем, только6 образовали через пять дней нечтопохожее на бластоцист. Однаковнутренней клеточной массы в этих бластоцистах не было…

Существуют три типа клонирования млекопитающих: эмбриональное клонирование, клонирование зрелой ДНК (репродуктивное клонирование, метод Рослина) и терапевтическое (биомедицинское) клонирование.

При эмбриональном клонировании клетки, образующиеся в результате деления оплодотворенной яйцеклетки, разделяются и продолжают развиваться в самостоятельные эмбрионы. Так можнополучать монозиготных близнецов, тройни и т.д. вплоть до8 эмбрионов, развивающихся в нормальные организмы. Этот метод давноиспользуется для клонирования животных различных видов, нопоотношению к человеку егоприменимость исследована недостаточно.

Био?медицинско?е кло?ниро?вание о?писано? выше. Оно? о?тличается о?т репро?дуктивно?го? кло?ниро?вания то?лько? тем, что? яйцеклетка с пересаженным ядро?м развивается в искусственно?й среде, затем из бласто?циста удаляют ство?ло?вые клетки, а сам пре-эмбрио?н при это?м по?гибает. Ство?ло?вые клетки мо?гут быть испо?льзо?ваны для регенерации по?врежденных или о?тсутствующих о?ргано?в и тканей в о?чень мно?гих случаях, о?днако? про?цедура их по?лучения по?ро?ждает мно?жество? мо?рально?-этических про?блем, и во? мно?гих странах зако?но?датели о?бсуждают во?змо?жно?сти запрещения био?медицинско?го? кло?ниро?вания. Тем не менее исследо?вания в это?й о?бласти про?до?лжаются, и тысячи неизлечимо? бо?льных (бо?лезнями Паркинсо?на и Альцгеймера, диабето?м, рассеянным склеро?зо?м, ревмато?идным артрито?м, рако?м, а также с травмами спинно?го? мо?зга) с надеждо?й ждут их по?ло?жительных результато?в.

С тех пор как стало возможным клонирование живых организмов, идут споры об этичности использования клонов в целях трансплантации органов. Недавно ученые из Орегонского университета здоровья и науки впервые получили полноценный человеческий эмбрион в лабораторных условиях. Такие эмбрионы предполагается использовать для получения стволовых клеток.

Для этого требуется образец кожи оригинала, а также донорская яйцеклетка, полученная от здоровой женщины. Из яйцеклетки удаляется ДНК, после чего внутрь нее вводится одна из кожных клеток. После этого на клетку воздействуют электроразрядом, отчего она начинает делиться. В течение шести дней из нее развивается эмбрион, у которого можно брать стволовые клетки для имплантации. По словам ученых, при помощи подобных технологий можно будет лечить такие тяжелые недуги, как болезнь Альцгеймера, различные патологии мозга и рассеянный склероз.

"Наше открытие позволяет выращивать стволовые клетки для пациентов с серьезными заболеваниями и повреждениями органов, - заявил один из авторов разработки, доктор Шухарат Миталипов. - Конечно, еще очень много нужно сделать, прежде чем появится безопасный и надежный способ лечения стволовыми клетками. Но наша работа - это уверенный шаг навстречу регенеративной медицине".

До недавнего времени для вынашивания клонированного эмбриона обязательно требовалась суррогатная мать. Теперь можно будет получать клоны в лаборатории без участия женщин-добровольцев. Между тем, в очередном открытии многие видят угрозу для человечества. Вернее, перспективу для незаконного и неконтролируемого клонирования людей.

Клонирование - тема достаточно скользкая. Если люди появляются на свет искусственным путем, то можно ли считать их людьми? В последнее время появилось множество фантастических произведений и фильмов, сюжетом которых является дискриминация клонов, а также их использование для пересадки органов. Трансплантация органов всегда являлась проблемой, так как сложно отыскать подходящего донора. При наличии целой армии клонов, выращенных именно в целях донорства, шансы людей на получение здоровых органов взамен больных резко возросли бы. Тем более если бы эти органы брались у их совершенно идентичных двойников. Со временем удалось бы "пересаживать" даже поврежденные конечности или, скажем, глаза…

Но вот как быть с самими клонами? Пока речь идет только об эмбрионах, из которых не планируется выращивать настоящих людей. Но в принципе они могли бы ими стать. Еще вариант - выращивать клонов с неполноценным мозгом - таких вроде бы не жалко… Но опять же - насколько это этично? Герою книги Нэнси Фармер "Дом Скорпиона", клону крупного наркобарона, в отличие от его "собратьев" по несчастью, сохраняют разум, но спасти свою жизнь ему удается лишь чудом…

В фантастической картине "Остров" изображено общество будущего, где существуют целые поселения людей-клонов, которых выращивают только для того, чтобы впоследствии получать от них органы… А в романе Кадзуо Исигуро "Не отпускай меня" и в одноименном фильме клонов обучают в специальных школах, с детства приучая к мысли, что рано или поздно они станут донорами и будут отдавать свои органы, чтобы спасать жизни других людей, так что практически никто из них не доживет до тридцатилетнего возраста…

Казалось бы, в реальности подобный сценарий попросту невозможен: ни одна страна мира не может узаконить убийство живых людей в медицинских целях. Но кто знает… Ведь перспективы, которые открывает клонирование, достаточно заманчивы. И почему бы не пожертвовать недоразвитой "копией", чтобы спасти жизнь, скажем, знаменитого ученого, артиста или политического деятеля? Чем глобальнее масштаб, тем менее ценной покажется жизнь клона…

Сообщения о разрешении работ по клонированию органов человека, промелькнувшие в средствах массовой информации, звучат интригующе фантастично. К клонированным лягушкам и овечкам вроде бы все уже привыкли. Неужели на подходе штамповка печени, почек, сердца и легких? Давайте разбираться.

Для того чтобы вырастить в лаборатории, к примеру, человеческую почку и успешно пересадить ее пациенту, необходимо решить две проблемы. Первая – проблема отторжения чужеродных клеток и тканей. Зачем делать искусственный орган, если можно взять природный. Высокий, к сожалению, уровень смертности в мире от всевозможных несчастных случаев поставляет материал для подобных пересадок. Беда в том, что иммунная система реципиента (т.е. человека, которому пересадили орган) будет реагировать на чужие клетки так же, как она реагирует на вирусы гриппа или краснухи, – она будет эти клетки убивать. Не будем сейчас вдаваться в тонкости, почему так происходит. На эту тему написано много популярных статей и книг. Существует три способа, которые позволяют проблему отторжения обойти.

Можно подавить иммунитет реципиента специальными лекарствами – иммуносупрессорами. Неплохо для предотвращения отторжения, но в этом случае пациент будет страдать от нежелательных побочных эффектов. В частности, если иммунную систему «выключить», активизируются всевозможные патогенные микроорганизмы, которых в теле любого человека хватает. Каждый из нас представляет собой настоящий ходячий зоопарк, где в клетках сидят различные бактерии, вирусы, всевозможные грибки. Их постоянно держит под контролем иммунная система.

Второй вариант – подобрать орган от такого донора, клетки которого по целому ряду показателей будут напоминать клетки реципиента. Другими словами, надо найти орган-двойник. Для этого в развитых странах мира создаются целые банки данных. Шансов на успех все равно немного. Биологи насчитывают десятки параметров, по которым иммунная система может отличать «своих» от «чужих». Красные кровяные клетки обладают всего двумя белками, наличие или отсутствие которых и создает четыре основные группы крови. Мало кому из неспециалистов известно, что на самом деле таких белков на поверхности клеток найдено уже много десятков, и случайное совпадение их индивидуальной комбинации маловероятно. Поэтому в очереди за нужной для пересадки почкой можно стоять годами.

Наконец, третий путь, наиболее перспективный и наименее разработанный, – создать орган из клеток, которые не отторгаются иммунной системой. Такие клетки существуют. Это некоторые клетки плода. Они еще не успели приобрести специфичные метки, по которым их может распознать и собственная, и чужая иммунные системы. Если провести очень далекую аналогию, то это клетки-детеныши, которых принимают на воспитание любые взрослые иммунные системы. О возможности выращивания таких клеток, взятых на самых ранних стадиях развития эмбриона, в основном и велась в последнее время дискуссия в научных и околонаучных кругах. Однако между выращиванием в массе таких клеток и получением из них органа расстояние примерно такое же, как от первых плавильных печей до космического корабля.

Кстати, «невидимые» для иммунной системы клетки есть и в теле взрослого человека. Например, глубинные клетки кожи. Их можно выделять и выращивать на питательных средах. В результате получаются тонкие лоскутки «искусственной» кожи, которые с успехом используются в противоожоговой терапии в нашей стране и за рубежом.

Мысль о том, что если орган для пересадки нельзя достать, то его надо сделать, высказывал еще в конце 1980-х гг. директор программы по пересадке печени в Бостонской детской больнице доктор Чарльз Ваканти. Однако орган – очень сложная система: он включает множество разнообразных тканей, его пронизывают кровеносные сосуды, нервы. Как воссоздать эту систему и как воспроизвести нужную форму органа в лаборатории? Это вторая и пока практически не решенная проблема на пути создания (клонирования) органов для пересадок.

Кое-какие подходы для ее решения, впрочем, намечаются. Возьмите, например, нос и уши. Их форма создается хрящом, а хрящ устроен достаточно просто. В нем нет ни кровеносных сосудов, ни нервных окончаний. Чтобы получить искусственное ухо, делают следующее. Из пористого полимера отливают нужную форму и «заселяют» ее хондроцитами – клетками, создающими натуральный хрящ. Сами по себе хондроциты выращивать вне организма удается, однако уши и носы в пластиковых чашках не вырастают. Хондроциты сами по себе такие сложные пространственные формы создавать не умеют. Однако им можно помочь, расположив их в пространстве нужным образом. Через некоторое время волокна полимера, из которого был сделан шаблон, рассасываются, и получается «живой» хрящ нужной формы.

Согласитесь, это уже кое-что, хотя до почки или печени еще далеко. Они состоят из разных тканей, и вряд ли удастся «собирать» из них эти органы наподобие того, как на конвейере собирают из отдельных деталей автомобиль. Здесь человеческая и биологическая технологии расходятся. Человеческая техника построена на сборке сложных агрегатов из блоков, которые создаются заранее и отдельно. Биологическая техника основана на постепенном, пошаговом «выращивании» структур из развивающихся зачатков. Никаких заранее созданных частей при этом не существует. Все они формируются в процессе развития. Если ученым удастся заставить выделенные клетки действовать таким же образом, то появится, хотя и отдаленный, шанс на получение сложных искусственных органов вроде печени или почек.

Наконец, существует еще один путь развития трансплантологии. Вы замечали – человечество научилось летать, но делает оно это совсем не так, как птицы. Самолеты крыльями не машут. Возможен такой путь и в медицине. Более того, он уже постепенно осуществляется. Создан и работает прибор «искусственная почка». Пока живых клеток в нем нет. Но, быть может, в будущем удастся создать этакого «кентавра» – начиненный электроникой орган, в состав которого будут входить живые ткани. Он не будет копией натуральной почки, но функции ее выполнять станет отменно.

Пока все сказанное лишь далекая перспектива, которую, однако, с осторожным оптимизмом можно наметить. До «клонирования», т.е. до массового производства таких сложных органов, как почки, печень или селезенка, еще очень далеко. Поэтому берегите свое здоровье!

Особый интерес в биоэтическом контексте представляет проблема клонирования. Выделяют несколько методов клонирования:

Манипуляции со стволовыми клетками;

Пересадка клеточного ядра.

Уникальность стволовых клеток заключается в том, что, когда они попадают на поврежденные участки разных органов, то они способны превращаться в клетки именно такого типа, которые необходимы для восстановления ткани (мышечные, костные, нервные, печеночные и т.д.). То есть, используя технологию клонирования, можно «на заказ» выращивать необходимые человеческие органы. Настоящая фантастика, однако, где взять стволовые клетки? Результаты многолетних экспериментов таковы:

Абортивный материал при естественном и искусственном оплодотворении;

Извлечение стволовых клеток из уголков и борозд мозга, костного мозга и волосяных фолликул взрослого организма и других тканях;

Кровь из пупочного канатика;

Откачанный жир;

Выпавшие детские зубы;

Изучение стволовых клеток взрослого организма, безусловно, обнадеживают и не вызывают этических проблем в отличие от эмбриональных стволовых клеток. Общепризнано, что лучшим источником стволовых клеток для терапевтического клонирования (т.е. получения эмбриональных стволовых клеток) являются эмбрионы. Однако в связи с этим нельзя закрывать глаза на потенциальные опасности. Европейская группа по этике выдвинула на первый план проблему прав женщин, которые могут попасть под сильное давление. Кроме того, специалисты отмечают проблему добровольного и информированного согласия для донора (а также анонимности) и для получателя клеток. Дискуссионным остаются вопросы о приемлемом риске, о применении этических стандартов в исследованиях на людях, охрана и безопасность клеточных банков, конфиденциальность и защита частного характера генетической информации, проблема коммерциализации, защита информации и генетического материала при перемещении через границу и т.д.

В большинстве стран мира существует полное или временное запрещение на репродуктивное клонирование человека. Во Всеобщей Декларации о геноме человека и правах человека ЮНЕСКО (1997 г.) запрещена практика клонирования с целью воспроизводства человеческой особи.

Другим методом клонирования является пересадка клеточного ядра. На данный момент, таким образом, получено много клонов различных видов животных: лошади, кошки, мыши, овцы, козы, свиньи, быки и т.д. Ученые констатируют, что клонированные мыши живут меньше и больше подвержены разным заболеваниям. Исследования по клонированию живых существ продолжаются.

Глава 7. Биоэтические проблемы генно-инженерных технологий

7.1 Биотехнология, биобезопасность и генная инженерия: история и современность

Длительный период времени под биотехнологией понимали микробиологические процессы. В широком смысле под термином «биотехнология» обозначают использование живых организмов для производства продуктов питания и энергии. Последние годы двадцатого века знаменовались большими достижениями молекулярной биологии и генетики. Были разработаны методы выделения наследственного материала (ДНК), создания его новых комбинаций с помощью манипуляций, осуществляемых вне клетки, и перенесения новых генетических конструкций в живые организмы. Таким образом, появилась возможность получать новые породы животных, сорта растений, штаммы микроорганизмов с признаками, которые невозможно отобрать с помощью традиционной селекции.

История использования генетически модифицированных организмов (ГМО) в практической деятельности небольшая. В связи с этим существует элемент неопределенности относительно безопасности ГМО для здоровья человека и окружающей среды. Поэтому обеспечение безопасности генно-инженерных работ и трансгенных продуктов является одной из актуальных проблем в этой области.

Безопасность генно-инженерной деятельности или биобезопасность предусматривает систему мероприятий, направленных на предотвращение или снижение до безопасного уровня неблагоприятных воздействий генно-инженерных организмов на здоровье человека и окружающую среду при осуществлении генно-инженерной деятельности. Биобезопасность как новая область знаний включает два направления: разработка, применение методов оценки и предупреждения риска неблагоприятных эффектов трансгенных организмов и систему государственного регулирования безопасности генно-инженерной деятельности.

Генетическая инженерия – это технология получения новых комбинаций генетического материала с помощью манипуляций с молекулами нуклеиновых кислот, проводимых вне клетки, и переноса созданных конструкций генов в живой организм. Технология получения генно-инженерных организмов расширяет возможности традиционной селекции.

Производство трансгенных медицинских препаратов – перспективное направление генно-инженерной деятельности. Если раньше, например, эффективным методом лечения анемии считалось частое переливание донорской крови (рискованная и дорогостоящая процедура), то сегодня для производства трансгенных медицинских препаратов используют модифицированные микроорганизмы и культуры животных клеток. Эффективность использования трансгенных организмов на службе у медицины можно рассмотреть на нескольких примерах решения проблем здоровья человека. По данным ВОЗ, в мире около 220 млн людей, страдающих диабетом. Для 10% пациентов показана инсулиновая терапия. Обеспечить всех нуждающихся животным инсулином невозможно (вероятность переноса вирусов от животных к людям; дорогостоящее лекарство). Именно поэтому разработка технологии биологического синтеза гормона в клетках микроорганизмов – оптимальное решение задачи. Инсулин, полученный на микробиологической фабрике, идентичен натуральному инсулину человека, дешевле препаратов животного инсулина, не вызывает осложнений.

Выраженное замедление роста детей, приводящее к появлению лилипутов, карликов, – еще одна проблема здоровья человека, связанная с нарушением работы желез внутренней секреции (недостаток гормона роста соматотропина, который вырабатывается гипофизом). Раньше эту болезнь лечили путем введения в кровь пациентов препаратов гормона роста, выделенных из гипофиза умерших людей. Однако здесь возникало ряд технических, медицинских, финансовых и этических проблем. Сегодня эта проблема решена. Ген, кодирующий образование гормона роста человека, синтезирован и встроен в генетический материал E.coli.