در یک مطالعه مهم اخیر، دانشمندان با موفقیت یک میمون کایمریک نوزاد زنده از گونه Macaca fascicularis را تولید کردند. نماینده نشان داده شده در بالا، 23 آوریل 2022. | اعتبار عکس: شارپ عکاسی (CC BY-SA 4.0)
در حال حاضر، بیش از 3 میلیون نفر تنها در هند منتظر پیوند عضو هستند. تعداد جهانی بسیار بالاتر است و هیچ مهلتی در چشم نیست. تفاوت نگران کننده ای در تعداد اهداکنندگان عضو و تعداد دریافت کنندگان وجود دارد – و حیوانات نقش مهمی در پر کردن این شکاف داشته اند.
کاربرد موفقیت آمیز انسولین حیوانی و استفاده اخیر از دریچه های قلب حیوانات در جراحی های انسانی جان انسان ها را نجات داده است. محققان همچنین تلاش هایی برای رشد اندام های کامل انسان در داخل بدن حیوانات با استفاده از پیشرفت های فناوری سلول های بنیادی پرتوان القایی (iPSCs) انجام داده اند.
در عین حال، مناقشات همچنان بر این حوزه دامن می زند، که بیشتر آن ها بر روی استفاده از iPSC های انسانی در جنین های حیوانی و ایجاد حیوانات کایمریک متمرکز است، که ما هنوز نتایج آن را به طور کامل درک نکرده ایم. با این حال، انسان ها با مفهوم chimaeras جدید نیستند. اساطیر سرشار از مجموعه ای غنی از این موجودات فریبنده است.
Chimaeras در طبیعت
کیمرای ژنتیکی یک ارگانیسم منفرد است که از سلول های بیش از یک ژنوتیپ (یا ترکیب ژنتیکی) مجزا تشکیل شده است. قلمرو حیوانات چندین نمونه از درجات مختلف کایمریسم دارد. طوطی طوطی نیمه پهلو، نوعی طوطی معمولی که به طور گسترده به عنوان حیوان خانگی پذیرفته می شود، به دلیل کایمریسم رنگ های متفاوتی در دو طرف بدن خود دارد. ماهی‌ماهی‌ماهی درجه بالایی از کایمریسم همزیستی را نشان می‌دهد که در آن ماهی نر با ماهی ماده ترکیب می‌شود و در نهایت جذب آن می‌شود و ترکیبات ژنتیکی آنها را به یک حیوان تبدیل می‌کند. اسفنج های دریایی به داشتن چهار ژنوتیپ مجزا در یک موجود شناخته شده اند.
عکسی از طوطی طوطی نیمه پهلو. | اعتبار عکس: سوزان دنیس، مالکیت عمومی
گیمرهای طبیعی در بین انسان ها به خوبی در ادبیات پزشکی مستند شده است. آنها زمانی اتفاق می‌افتند که ماده ژنتیکی در یک سلول تغییر می‌کند و باعث ایجاد یک جمعیت کلونال سلولی متفاوت از سایر سلول‌ها می‌شود. ادغام دو زیگوت بارور شده در اوایل مرحله جنینی همچنین می تواند منجر به شرایطی شود که در آن دو ترکیب ژنتیکی در یک فرد واحد وجود داشته باشند. کایمریسم همچنین می تواند ناشی از حاملگی های دوقلو یا چند قلو باشد که به یک جنین منفرد یا یک جنین دوقلو جذب یک قلو می شود.
محققان همچنین افرادی را با دو گروه خونی ثبت کرده اند. در واقع، کایمریسم گروه خونی در طی چند قلوزایی نسبتاً رایج است. اکثر کیمرها در طول آزمایشات معمول خون در بیمارستان ها یا زمانی که اعضای خانواده قبل از پیوند عضو تحت آزمایش قرار می گیرند، شناسایی می شوند. زنان باردار در دوران بارداری مواد ژنتیکی جنین خود را در جریان خون دارند. (از چنین DNA جنینی می توان برای غربالگری نقایص ژنتیکی و ناهنجاری های مادرزادی با استفاده از آزمایش های غیر تهاجمی قبل از تولد استفاده کرد.)
مطالعات همچنین پدیده ای به نام میکروکیمریسم را ثبت کرده اند که در آن آثاری از ماده ژنتیکی جنین سال ها پس از زایمان در بافت های مادر مشاهده می شود و در نتیجه در یک فرد دو ماده ژنتیکی متفاوت ایجاد می شود.
افرادی که تحت درمان‌هایی مانند پیوند مغز استخوان قرار می‌گیرند، معمولاً مغز استخوانشان از بین می‌رود و با اهداکننده مناسب جایگزین می‌شود. از آنجایی که مغز استخوان اهداکننده حاوی سلول های بنیادی است، آنها سلول های خونی تولید می کنند که متعاقباً مجموعه سلول های خونی گیرنده را دوباره پر می کنند. در نهایت، گیرنده سلول‌های خونی شبیه سلول‌های اهداکننده خواهد داشت و با ساختار ژنتیکی سایر بافت‌های گیرنده متفاوت خواهد بود – که منجر به ایجاد یک فرد کایمریک می‌شود.
پیوند اندام جامد در انسان موظف به ایجاد افرادی با دو ترکیب ژنتیکی منحصر به فرد است. آرایش اندام های اهدا کننده به طور قابل توجهی متفاوت از سایر بافت های گیرنده خواهد بود و همچنین منجر به کایمریسم می شود.
کایمراها در پستانداران غیر انسانی
پیش از این، chimaeras در محیط‌های آزمایشگاهی، موش-موش، انسان-خوک و انسان-گاو القا شده است. اینها در تلاشی برای توسعه سیستم‌های مدلی بودند که می‌توانند اندام‌های انسان را با اندازه، آناتومی و فیزیولوژی مناسب «تولید» کنند. در حالی که کایمریک های موش و موش طول عمر تقریباً طبیعی داشتند، کایمراهای انسان و خوک باید در عرض سه تا چهار هفته خاتمه می یافتند.
در حالی که چنین مطالعاتی برای رشد اندام‌هایی که برای پیوند در نظر گرفته شده‌اند نوید می‌دهند، اما با این واقعیت که موش‌ها، موش‌ها، خوک‌ها و گاوها از نظر تکاملی از انسان فاصله دارند، محدود می‌شوند و هنگام استفاده برای رشد اندام‌های انسان، چالش‌های بیولوژیکی و فنی ایجاد خواهند کرد.
در یک مطالعه مهم اخیر که در مجله منتشر شده است سلولدانشمندان از نسل موفقیت آمیز یک chimaera زنده در پستانداران غیر انسانی – گونه هایی که در واقع از نظر تکاملی به انسان نزدیک هستند، گزارش دادند. این اولین بار است که دانشمندان موفق به تولید یک میمون کایمریک نوزاد زنده شده اند.
در مطالعات انجام شده با میمون های Cynomolgus، معروف به ماکاک های دم دراز (Macaca fascicularisمحققان سلول های بنیادی جنینی را از جنین های یک هفته ای استخراج کردند. آنها DNA این سلول ها را اصلاح کردند تا شامل یک پروتئین فلورسنت سبز (GFP) شود.
این سلول‌های بنیادی جنینی علامت‌گذاری شده با GFP سپس به جنین‌های گیرنده تزریق شدند که در میمون‌های ماده جانشین کاشته شدند و شش فرزند کامل به دنیا آوردند. محققان با استفاده از آشکارسازها، سیگنال GFP را در بافت های یک جنین پسر سقط شده و در یک مرد زنده پیدا کردند. سیگنال دوم از سلول های اهدایی که به جنین گیرنده تزریق شده بود منشا می گیرد.
میمون کایمریک به دلایل بهداشتی باید پس از ده روز کشته شود. تحقیقات گسترده توالی ژنومی که با سلول‌های آن انجام شد، درجه بالایی از کایمریسم را در بافت‌های آن، از جمله چشم‌ها، ناخن‌ها، مغز، قلب، کلیه، کبد، غدد جنسی و جفت نشان داد.
به این ترتیب، این مطالعه درهای جدیدی را به روی دانشمندان می‌گشاید تا از نخستی‌های غیرانسانی برای ایجاد کیمرهایی استفاده کنند که می‌توانند در آینده نزدیک به مدل‌هایی برای کاربردهای زیست‌پزشکی اولیه و ترجمه تبدیل شوند. درست مانند پیشرفت‌های دیگر در علم، این مطالعه بدون محدودیت و چالش‌های اخلاقی نبود – و قبل از اینکه به کاربردهای زیست پزشکی انسانی فکر کنیم باید به آن بپردازیم.
نویسندگان مشاوران ارشد در بنیاد مراقبت از سرطان Vishwanath و اساتید کمکی در IIT Kanpur هستند.