Reni umani coltivati per la prima volta nei maiali

Riepilogo

Il trapianto di organi eterologo è un modo efficace per sostituire la funzione degli organi, ma è limitato da una grave carenza di organi. Anche se la generazione di organi umani in altri grandi mammiferi attraverso la complementazione embrionale sarebbe una soluzione innovativa, essa deve affrontare molte sfide, in particolare la scarsa integrazione delle cellule umane nei tessuti riceventi. Per produrre cellule umane con competitività superiore all’interno della nicchia, abbiamo combinato condizioni ottimizzate di coltura di cellule staminali pluripotenti con una sovraespressione inducibile di due geni pro-sopravvivenza (MYCN e BCL2). Le cellule risultanti avevano una vitalità sostanzialmente migliorata nell’ambiente xeno di blastocisti chimeriche di specie incrociate e formavano con successo strutture chimeriche organizzate di rene di stadio intermedio di maiale umano (mesonefro) fino al giorno embrionale 28 all’interno di embrioni di maiale con difetti nefritici privi di SIX1 e SALL1 . I nostri risultati dimostrano la prova di principio della possibilità di generare un organo primordiale umanizzato nei maiali organogenamente disabili, aprendo una strada entusiasmante per la medicina rigenerativa e una finestra artificiale per studiare lo sviluppo del rene umano.

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Per la prima volta, un organo umano solido è stato coltivato da zero in un animale, il primo passo di un processo che potrebbe potenzialmente risolvere la carenza di organi e salvare innumerevoli vite. Un nuovo rapporto rivela che ricercatori cinesi hanno coltivato reni parzialmente umani in fase iniziale all’interno di embrioni di maiale, utilizzando una varietà di tecniche di ingegneria genetica.

"Questo studio dimostra la prova di principio della possibilità di generare un organo umanizzato nei maiali, il che apre davanti a noi possibilità entusiasmanti", ha affermato il ricercatore capo Liangxue Lai. È vicedirettore del South China Institute of Stem Cell Biology and Regenerative Medicine presso gli Istituti di Biomedicina e Salute di Guangzhou.

I ricercatori hanno generato una serie di cinque reni umanoidi nei maiali che avevano raggiunto lo stadio mesonefro , il secondo stadio dello sviluppo renale, dopo 25-28 giorni di sviluppo. Circa il 50-70% delle cellule di questi reni allo stadio iniziale erano umane, ha detto Lai.

"Se il tempo di gestazione fosse prolungato, la percentuale di cellule umane potrebbe aumentare, ma potrebbero esserci anche altre barriere tecniche", ha detto Lai. "Ci stiamo lavorando."

Massimo Mangiola, direttore del Laboratorio di Immunogenetica del Langone Transplant Institute della New York University, li ha definiti "organi primordiali". "Hanno dimostrato chiaramente che possono far crescere le cellule umane fino a diventare organi primordiali", ha detto Mangiola, che non è stato coinvolto nella ricerca. "Ciò non è mai stato fatto prima. È un po’ presto per dire se questo diventerà o meno un rene umano completo, ma questo era il passo iniziale necessario verso quell’obiettivo."

Precedenti ricerche hanno utilizzato metodi simili per generare tessuti umani come sangue o muscoli nei maiali, ma questo è il primo a far crescere un organo parzialmente umano.

I ricercatori si sono concentrati sui reni perché sono uno dei primi organi a svilupparsi e sono anche l’organo più comunemente trapiantato negli esseri umani, secondo le note di fondo.

In questo sforzo, i ricercatori hanno prima creato embrioni di maiale geneticamente modificati a cui mancavano due geni che sono fondamentali per lo sviluppo dei reni. Ciò ha creato uno spazio vuoto (una “nicchia” a forma di rene) all’interno degli embrioni che le cellule staminali umane avrebbero potuto riempire con una minore concorrenza da parte delle cellule suine.

Una delle sfide legate all’integrazione delle cellule staminali umane negli embrioni di maiale è stata che le cellule di maiale superano le cellule umane durante lo sviluppo, hanno osservato gli autori dello studio.

Successivamente, i ricercatori hanno ingegnerizzato le cellule staminali umane per renderle più propense a integrarsi negli embrioni di maiale e meno propense ad autodistruggersi. Queste cellule sono state poi coltivate in cellule "ingenue" che assomigliano alle prime cellule embrionali umane.

Embrioni di maiale contenenti cellule staminali umane sono stati poi coltivati ​​in laboratorio, utilizzando nutrienti e ormoni unici per promuovere la crescita di cellule umane e suine, prima che i ricercatori impiantassero gli embrioni in via di sviluppo in maiali surrogati. In totale, secondo lo studio, i ricercatori hanno trasferito 1.820 embrioni a 13 madri surrogate.

Dopo 25-28 giorni, i ricercatori hanno interrotto la gestazione e rimosso gli embrioni per vedere se avevano prodotto con successo reni umanizzati. I ricercatori hanno raccolto cinque embrioni di maiale che avevano reni strutturalmente normali per il loro stadio di sviluppo.

I ricercatori hanno scoperto che l’ingegneria genetica era riuscita a localizzare lo sviluppo delle cellule umane principalmente nei reni, mentre il resto dell’embrione era costituito da cellule di maiale.

I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Cell Stem Cell .

"Abbiamo scoperto che se si crea una nicchia nell’embrione di maiale, le cellule umane entrano naturalmente in questi spazi", ha detto l’autore principale Zhen Dai del Guangzhou Institutes of Biomedicine and Health in un comunicato stampa. . "Abbiamo visto solo pochissime cellule neurali umane nel cervello e nel midollo spinale e nessuna cellula umana nella cresta genitale, indicando che le cellule staminali pluripotenti umane non si differenziavano in cellule germinali". Questa leggera proliferazione potrebbe essere ulteriormente prevenuta eliminando più geni nelle cellule staminali umane in studi futuri, hanno detto i ricercatori.

Il passo successivo è consentire ai reni di svilupparsi più a lungo, per vedere se le cellule umane continuano a superare le cellule suine durante lo sviluppo. I ricercatori stanno anche lavorando per generare altri organi umani nei maiali, inclusi il cuore e il pancreas.

L’obiettivo a lungo termine è creare organi umani allevati in maiali pronti per il trapianto, ma i ricercatori hanno riconosciuto che il lavoro sarà complesso e potrebbe richiedere molti anni.

"Poiché gli organi non sono costituiti da un unico ceppo cellulare, per avere un organo in cui tutto provenga dall’uomo, probabilmente dovremmo progettare i maiali in un modo molto più complesso e questo comporta anche alcune sfide aggiuntive", ha affermato il responsabile. autore. . Miguel Esteban degli Istituti di Biomedicina e Salute di Guangzhou ha dichiarato nel comunicato stampa.

Gli scienziati dovranno trovare un modo per sostituire completamente le cellule di maiale concorrenti se vogliono far crescere un rene completamente umano all’interno di un maiale, ha detto Mangiola. "Hanno bisogno di superare due barriere", ha detto. "Una è: puoi creare un organo completamente funzionale? E la seconda barriera sarebbe: puoi creare un organo fatto interamente di cellule umane?"

Eventuali cellule di maiale rimaste nel rene aumentano la probabilità di rigetto dell’organo dopo il trapianto, ha affermato. L’obiettivo finale sarebbe quello di sviluppare un rene su misura composto dalle cellule del paziente in un maiale, ha detto Mangiola. "Il mio sistema immunitario lo vedrà come suo e non lo rifiuterà", ha spiegato.

Ma c’è un altro potenziale inconveniente: la possibilità che virus suini crescano nelle cellule umane, ha aggiunto Mangiola. "Alcuni di questi virus non creano grossi problemi ai suini, ma ovviamente quando sono nel nostro corpo, potrebbero cambiare specie e creare effettivamente una nuova pandemia, che è una delle preoccupazioni del [Food and Drug Administration. US Drugs] in termini di xenotrapianti," ha detto.

Cosa significa questo

In caso di successo, questo processo potrebbe aiutare i pazienti affetti da malattie renali in attesa di donazione di organi consentendo la coltivazione di reni umani nei maiali.