"Meil puuduvad praegu lihtsalt tööriistad, millega saaksime kasvatada katseklaasis inimrakkudest täies mõõdus kolmemõõtmelisi organeid. Elavas organismis näivad aga rakud täpselt teadvat, millal kuhu liikuda ja milleks areneda. Loomade sisseehitatud arenguprogrammi ja inimrakkude kombineerimine pakub seeläbi potentsiaalset võimalust, kuidas probleem lahendada," selgitas saavutust kirjeldava uurimuse esimene autor Jun Wu Salki instituudist ERR Novaatorile.

Wu nentis, et kuigi inimorganite loomades kasvatamine on selle katseklaasis tegemisest hõlpsam, ollakse ka sellest aastate kaugusel. Lehmade emakesse siirdatud enam kui 2070 inimrakke sisaldavast embrüost pidas 28 elupäevani vastu vaid 186. Isegi siis leidus neis iga inimraku kohta keskmiselt ligikaudu 100 000 searakku. Mitmed embrüod jäid olid tavapärasest väiksemad ja kasvasid aeglasemalt.

Siiski näitab saavutus, et eri liikide rakud saavad elada ja areneda ühes organismis külg külje kõrval harmoonias. "Näitasime töös esimest korda, et inimeste tüvirakkudest saab moodustuda sea embrüos tõepoolest kude, millest arenevad hiljem muu hulgas lihased, süda, neerud ja kõhunääre. Kuigi seda ei juhtu praegu nii sageli, kui me seda tahaksime," kinnitas Wu. Väljakutseid võis oodata. Inimeste ja sigade ühine esivanem elas umbes 90 miljoni aasta eest. Embrüote areng ei järgi enam täpselt samu seaduspärasid.

Kui inimorganite kasvatamine on veel selgelt tulevikumuusika, võib Wu hinnangul kimääridest kasu olla varemgi. "Taoliste süsteemidega tegelemine võimaldab meil paremini mõista inimembrüote arengut ja erinevusi erinevate liikide organite arengus. Lisaks võib see pakkuda platvormi erinevate ravimite ja keemiliste ühendite mürgisuse testimiseks," sõnas teadlane. Selleks peaks aga embrüotes leiduma inimrakke praegusest vähemalt tuhat korda rohkem.

''Kuigi nad ütlevad, et lõid sea-inimese kimääre, on töörühma saavutusel piirid. Nad uurisid kimääre küll vaid nende varjases arengustaadiumis, kuid sellele vaatamata ei suuda nad luua inimrakkudega täiendatud kimääre veel järjepidevalt. Inimese ja sea evolutsioonilise kauguse tõttu läheb meil raskeks,'' rõhutas Stanfordi ülikooli meditsiinikooli tüvirakuteadlane Hiromitsu Nakauchi.

Alusetud hirmud?
Uurimisteemat saadavad mitmed eetikaprobleemid. Suuremal osal hirmudest pole Wu sõnul hetkel praktilist alust. Pigem on need inspireeritud Vana-Kreeka mütoloogiast, kus kujutasid kimäärid lõvist, maost ja kitsest kokkupandud soerdeid. Sarnaste inimeste ja sigade või lehmade ja inimeste ristandite loomisest teadlased huvitatud pole. Viimasest annab tunnistust asjaolu, et kuigi Hispaanias võiks Wu töörühm lasta kimääridel areneda sea emakas nende ilmale tulekuni, piirdutakse ka seal hetkel vaid esimese trimestriga.

"Meil on vaja liikuda edasi väga ettevaatlikult ja sammhaaval. Praegu piisab esimestest arengunädalatest täielikult, et tehnikat lihvida ja töötada välja täiendav turvavõrk, et vältida näiteks inimrakkude looma ajju sattumist. Kohe kindlasti ei taha me, et meil jookseksid inimneuronitega täiendatud ajudega sead, kellel võiks tekkida teadvus," sõnas Wu. Seni läbiviidud katsetes teadlased inimrakkude hiljem ajuks arenevatesse kudedesse sattumist märganud pole.

Planeeritavates katsetes saab inimrakkude ebasoovitavatesse kudedesse sattumist vältida mitmel moel. "Näiteks saame lüüa tüvirakkudes välja geenid, mis on olulised närvirakkude ja aju arenguks või kasutada rakkude õigesse kohta juhatamiseks CRISPR/Cas9 tehnikat," selgitas Wu. Lisaks eeldab loomades inimelundite kasvatamine olemuslikult looma enda vastavate organite arengu peatamist. Töörühm oletab seetõttu, et selle mõjul rikastuvad inimrakkudest eeskätt tekkivad tühimikud. Nii saab neid sattuda ka mujale vähem.

Evolutsioonilised küsimused
Esimeste inim-seakimääride loomiseni viinud uuringute käigus jäi teadlastele silma veel nii mõndagi ootamatut. Näiteks arenes hiirte embrüosse siirdatud roti tüvirakkudest sapipõis. Vaatamata sellele, et rottidel endal vastav organ puudub. "Rakke ümbritseval mikrokeskkond ja kasvufaktorid näivad olevat seega arvatust tähtsamad. See suudab n-ö üle kirjutada evolutsiooni mõju ja päästa valla rakkude täieliku potentsiaali," märkis Wu. See omakorda võiks avada võimaluse uurida evolutsiooni täiesti uuel viisil.

"Pole mingit põhjust uskuda, et me ei võiks näha midagi sarnast inimrakkudega tehtavates katsetes. Kuigi organid ja koed, mis embrüo arengu käigus tavaliselt tekivad, on vaieldamatult inimeste omad, võib olla rakkudel võimekus teha veel palju enamat. Meil on vaja selleks lihtsalt õiget keskkonda," mõtiskles teadlane.

Uurimus ilmus ajakirjas Cell.

Mida ja kuidas Wu töörühm seni saavutanud on?
ROTID + HIIRED
Teadlased lõid katsetes hiireembrüotes rivist välja mitmete erinevate organite arengu eest vastutavad geenid. Paikadesse, kuhu oleks pidanud tekkima elundid, jäid tühimikud. Embrüotesse siirdati rottide tüvirakke, mis suudavad areneda ükskõik millisteks keharakkudeks. Rotirakud liikusid hiireembrüote biokeemiliste signaalide mõjul tühimikesse.

Meetodit rakendades tulid ilmale muu hulgas rottide kõhunäärme, südame, ninaõõnsuse, silmade ja veel mitme teise organiga hiired. Kimääride eluiga ulatus paari aastani.

ROTID + SEAD
Esimesed rottide pluripotentsete tüvirakkude ja sigade lootepõiekeste tehtud katsed polnud kuigi tulemusrikkad. Rotirakud ei panustanud organismi arengusse üldse. Teisisõnu ei saa üksteisega kauges suguluses olevatest liikidest kimääride loomiseks kasutada täie arengupotentsiaaliga tüvirakke.

INIMESED + VEISED/SEAD
Inimrakke sisaldavate kimääride loomiseks kasutatakse indutseeritud pluripotentseid tüvirakke. Keha-, näiteks naharakud muundatakse esmalt geenide ja kemikaalide abil rakkudeks, mis suudavad areneda kõigiks keharakkudeks. Katsetes toimetati veiste ja sigade lootepõiekestesse erinevas arengustaadiumis inimeste tüvirakke.

Kuna sigade, veiste ja inimeste tiinus/rasedus kestab erineva aja, mängib täpne ajastus üliolulist rolli. Wu toob paralleeli tavaliselt maanteelt ilma kiiruse ühtlustamise rajata kiirteele sõitmisega. Katsete alusel andsid parimaid tulemusi rakud, mille arengupotentsiaal oli kahanenud, kuid mis polnud veel täielikult diferentseerunud. Paljutõotavaid tulemusi andsid nii veiste kui ka sigade lootepõiekestega tehtud katsed.

Töörühm otsustas keskenduda sigadele. Loodud kimäärides leidus keskmiselt iga inimraku kohta 100 000 searakku.