Aspecte medicale și științifice; DRZE
Stare: decembrie 2020
Persoana de contact: Aurélie Halsband
1. Aspecte medicale și științifice
În multe ființe vii, reproducerea sexuală (sexuală) are loc prin formarea și recombinarea celulelor germinale (spermatozoizi și ovocite). Combinația dintre genele paterne și cele materne creează un nou genom. În schimb, clonarea este o formă de reproducere asexuată sau vegetativă în care genomul organismului corespunzător este duplicat. Nu există nicio reamenajare (recombinare) a genelor, dar este creată o „copie” originală, aproape identică, din punct de vedere genetic, a originalului. La multe animale inferioare și la majoritatea plantelor, clonarea este o formă obișnuită de reproducere pe lângă reproducerea sexuală. Formarea multiplă identică sub formă de gemeni identici (formarea gemenilor monozigotici) apare de asemenea în mod natural la om, dar numai în contextul reproducerii sexuale.
În laborator, organismele pot fi clonate artificial în mai multe moduri: B. prin împărțirea unui embrion deja existent, d. H. prin divizarea embrionului sau prin crearea unui embrion prin intermediul transferului de nucleu celular. O altă metodă este cunoscută din crearea așa-numiților șoareci transgenici, complementarea embrionului tetraploid (a se vedea modulul Complementarea embrionului Tetraploid). Pe lângă diferențele în tehnica clonării, trebuie făcută o distincție între diferite obiective în clonare, și anume clonarea cercetării sau clonarea terapeutică pe de o parte și clonarea reproductivă pe de altă parte. Toate tehnicile de clonare împărtășesc obiectivul comun de a crea un duplicat genetic identic: un fragment sau moleculă de ADN, o celulă, un țesut sau, ca în cazul clonării reproductive, un întreg organism.
Subiectul acestui accent este clonarea în scopuri de cercetare sau clonarea terapeutică. Clonarea reproductivă (vezi modulul clonarea reproductivă), i. H. utilizarea tehnologiei în scopuri reproductive este însă luată în considerare numai în măsura în care tehnologiile sunt identice până la un anumit punct.
Pentru a evita posibilele neînțelegeri, termenul „clonare terapeutică”, care prevalează în dezbaterea publică, este înlocuit sau completat în cele ce urmează de termenul clonare de cercetare. O mare parte din cercetarea actuală nu vizează proiecte terapeutice specifice, ci este alocată domeniului cercetării de bază. Această cercetare de bază poate și ar trebui să ducă la dezvoltarea de noi terapii pe termen lung, dar mai ales servește pentru a oferi o înțelegere de bază a proceselor relevante din punct de vedere științific.
Ce este clonarea cercetării sau clonarea terapeutică?
Diverse metode sunt rezumate sub termenul de clonare de cercetare sau clonare terapeutică: transferul nucleului celular, reprogramarea celulelor diferențiate și divizarea embrionilor.
În metoda transferului nuclear cu celule somatice (SCNT) (vezi modulul de transfer nuclear al celulei), nucleul oricărei celule a corpului este introdus într-o celulă de ou care a fost anterior enucleată. Nucleul celular poate fi izolat practic de fiecare celulă adultă a unui donator. Celula de ou obținută din ovarele unui donator prin puncție în urma unui tratament hormonal special este enucleată prin aspirarea nucleului cu o micropipetă și înlocuirea acestuia cu nucleul care a fost aspirat din celula corpului. Noul nucleu celular este transferat prin injecție în citoplasma celulei ouă. Modul precis de acțiune al impulsurilor emanate din celula de ou, care nu a fost încă pe deplin înțeles, determină reprogramarea nucleului celular în care își pierde specializarea. Din starea sa deja diferențiată, nucleul celular este astfel readus într-o stare care permite dezvoltarea unui embrion.
În ceea ce privește materialul genetic conținut în nucleul celular, embrionul clonat este genetic identic cu donatorul nucleului celular. Mitocondriile singure, d. H. componentele celulare care sunt folosite pentru a genera energie în interiorul celulei provin din celula ouă. Clona care se dezvoltă în urma transferului nucleului celular este genetic aproape complet identică cu donatorul nucleului celular transferat. Identitatea completă se realizează numai dacă nucleul și donatorul de ovule sunt identice genetic.
Procesul de transfer al nucleului celular a devenit cunoscut prin rezultatele cercetărilor echipei conduse de Ian Wilmut. În 1997 a reușit pentru prima dată să creeze un embrion de mamifer transferând nucleul unei celule somatice adulte într-o celulă ovulă enucleată și aducându-l la dezvoltare completă. De atunci, „oaia clonată Dolly” a reprezentat succesul cercetării, dar și posibilitatea utilizării tehnologiei în scopuri reproductive, ceea ce este extrem de controversat din punct de vedere etic.
În plus, de câțiva ani se cunoaște o metodă prin care celulele somatice umane pot fi reprogramate cu succes (a se vedea modulul Reprogramarea celulelor), astfel încât acestea să aibă caracteristicile celulelor stem embrionare. Astfel de celule sunt numite celule stem pluripotente induse (celule iPS). Deoarece celulele iPS sunt, de asemenea, identice genetic cu celulele donatorului, această tehnică promite să fie o alternativă etică și legal mai puțin problematică la clonarea terapeutică. Este controversat dacă celulele iPS se pot transforma și în celule totipotente în condițiile culturii celulare. Demonstrarea cu succes a pluripotenței celulelor iPS într-un șoarece folosind metoda complementării embrionului tetraploid (a se vedea modulul Complementarea embrionului Tetraploid) oferă motive de discuție în acest context. Având în vedere aceste rezultate, este îndoielnic dacă procesul de reprogramare celulară ar trebui să fie apropiat de clonarea cercetării sau cercetarea embrionilor donați și generați artificial în ceea ce privește evaluarea sa etică.
Din punct de vedere tehnic, clonarea cercetării și clonarea în scopuri reproductive (a se vedea modulul Clonarea reproductivă) nu sunt fundamental diferite. Cu toate acestea, este crucial ca, în cazul clonării cercetării, embrionul să nu fie plasat într-un uter pentru a naște. Mai degrabă, este distrus într-un stadiu incipient al dezvoltării embrionare (stadiul blastocistului (vezi stadiul modulului blastocistului)) pentru a putea extrage celule stem embrionare (celule ES), care pot fi diferențiate în anumite tipuri de celule in vitro. Abordarea nu este descrisă în mod necorespunzător ca „clonare terapeutică” în măsura în care există speranța de a putea în cele din urmă să transfere celulele care au devenit disponibile organismului donator în scopuri terapeutice. Cu toate acestea, în prezent, clonarea se efectuează în principal în scopuri de cercetare acolo unde este permisă legal.
O altă metodă de creare a unei clone identice din punct de vedere genetic este așa-numita împărțire a embrionilor (a se vedea modul de împărțire a embrionilor). Aici, prin divizarea microchirurgicală a unui embrion, gemenii sau formația multiplă se realizează artificial. Deoarece celulele sunt încă totipotente la începutul dezvoltării embrionare, se creează doi sau mai mulți embrioni, care se dezvoltă într-un mediu adecvat, cum ar fi un embrion nedivizat. Această metodă joacă în prezent un rol subordonat în raport cu domeniul clonării cercetării.
Pentru ce se utilizează clonarea de cercetare sau clonarea terapeutică?
Scopul principal al clonării cercetării sau clonării terapeutice este extragerea celulelor stem embrionare (celule ES) (a se vedea modulul de extracție a celulelor stem embrionare umane). Aceste celule sunt interesante pentru cercetare deoarece, în condițiile potrivite, se pot dezvolta în aproape toate tipurile diferite de celule ale corpului. Această abilitate se numește pluripotență (vezi modulul Pluripotență și Totipotență). Este controversat dacă celulele stem generate prin clonare se pot transforma și în celule totipotente în condiții de cultură celulară. O dovadă experimentală a totipotenței (vezi modulul pluripotență și totipotență) a celulelor stem embrionare este interzisă din motive morale, deoarece ar fi necesar să se permită maturizarea unui organism complet.
Celulele iPS, care sunt identice genetic cu celulele donatorului, sunt, de asemenea, considerate a fi un alt favorit pentru obiectivele de cercetare menționate. Cu toate acestea, procedura este în prezent asociată cu riscuri care trebuie eliminate înainte de a putea fi utilizată în procedurile terapeutice. De asemenea, s-a demonstrat că există diferențe mai mari între celulele iPS și celulele ES pluripotente decât se presupunea inițial. Prin urmare, terapia cu celule tisulare obținute din celulele reprogramate nu este posibilă în acest moment. Mai multe detalii pot fi găsite în accentul pe cercetarea celulelor stem.
starea cercetării
Mult timp, experimentele în domeniul clonării cercetării au avut loc exclusiv în experimente pe animale. În 2000, Munsie și colab. pentru prima dată despre cultivarea cu succes a celulelor stem embrionare pluripotente la șoarece. Pentru a face acest lucru, au injectat celule ovine murine enucleate cu materialul genetic al celulelor corpului șoarecilor și au permis clonei astfel create să se maturizeze într-un blastocist. Celulele stem embrionare îndepărtate din blastociste pot fi cultivate în continuare în placa Petri și diferențiate în celule nervoase și musculare. Aceste celule stem au fost apoi marcate și injectate în embrioni de șoarece și, de asemenea, în șoareci adulți. A fost posibil să se demonstreze că celulele stem clonate din embrionul șoarecelui (vezi modulul Celule stem din embrionul șoarecelui) contribuie la dezvoltarea creierului, ficatului, plămânilor, rinichilor și a altor organe și se pot dezvolta în diferite tipuri de țesuturi la șoareci adulți.
Extracția cu succes a celulelor stem din embrioni de primate clonate anterior (a se vedea modulul de clonare a embrionilor de primate) a fost descrisă pentru prima dată la sfârșitul anului 2007. În acest scop, nucleele celulare din celulele pielii maimuțelor rhesus au fost transferate în celulele ovulelor enucleate prin transfer de nucleu celular. Acestea s-au dezvoltat în blastocisti, din care s-au obținut celule stem, care s-au dovedit a fi genetic în mare parte identice cu celulele donatoare originale. În toate punctele testate, celulele au corespuns celulelor stem embrionare convenționale și, potrivit grupului de cercetare condus de Shoukhrat Mitalipov, s-ar putea diferenția în mușchiul cardiac și celulele nervoase.
La începutul anului 2008, Tabar și colab. rezultatele unui experiment terapeutic cu celule stem de la embrioni clonați pentru tratamentul bolii Parkinson într-un model de șoarece (a se vedea modulul Boala Parkinson într-un model de șoarece). Embrionii au fost clonați din celulele pielii șoarecilor care suferă de boala Parkinson, din care au fost prelevate celule stem, care ar putea fi apoi diferențiate în celule nervoase specifice. Aceste celule nervoase au fost injectate șoarecilor donatori bolnavi, care după aceea nu au prezentat reacții imune, dar au arătat o ameliorare semnificativă a simptomelor lor. Posibilitatea ca rezultatele acestui experiment pe animale să fie transferate oamenilor este incertă.
De asemenea, la începutul anului 2008, un grup de cercetare american condus de Andrew French a publicat pentru prima dată clonarea cu succes a embrionilor umani (a se vedea modulul de clonare a embrionilor umani). Nucleul a fost îndepărtat din celulele adulte ale pielii umane și transferat în celulele ovulelor enucleate. Pentru experiment, cercetătorii au folosit 29 de celule de ou de la trei donatori de 20 până la 24 de ani. Celulele ovule care au devenit inutile în timpul tratamentelor FIV au fost donate în mod voluntar și gratuit de către femei. Blastocistii s-au dezvoltat din cinci celule de ou cu material genetic străin, a cărui dezvoltare ulterioară a fost întreruptă de oamenii de știință. Clonarea cu succes a unuia dintre blastocisti, adică identitatea genetică a liniilor de celule stem și a celulelor donatoare, ar putea fi demonstrată în mod fiabil.
În mai 2013, grupul de cercetare condus de Masahito Tachibana și Shoukhrat Mitalipov a reușit să obțină pentru prima dată celule stem embrionare umane de la embrioni clonați. Oamenii de știință au transferat, de asemenea, nucleul celulelor adulte ale pielii umane în celule de ovul donator enucleat. Doar câteva celule de ou au fost necesare pentru studiu, deoarece cercetătorii au reușit să utilizeze o metodă îmbunătățită sistematic pentru a preveni embrionii să moară devreme. După câteva diviziuni celulare, embrionii au fost distruși pentru a obține celule stem embrionare de la acestea.
În aprilie 2014, Robert Lanza de la compania de biotehnologie ACT și Dong Ryul Lee de la Institutul de celule stem din Seul au publicat stabilirea cu succes a liniilor de celule stem dintr-o procedură de clonare cu celule adulte diferențiate (a se vedea modulul Procedura de clonare cu celule adulte diferențiate). Aceștia le-au obținut din celulele pielii a doi bărbați care aveau 35, respectiv 75 de ani. Comparativ cu anul precedent, a fost astfel posibil să se demonstreze că celulele stem pot fi obținute și cu material celular care prezintă deja numeroase modificări genetice și biochimice, precum și presupuse deteriorări ale ADN-ului.
Un obiectiv general al cercetării de bază în domeniul clonării terapeutice este reducerea eficienței tehnologiei de transfer nuclear (a se vedea modulul de cercetare privind transferul nuclear) și a numărului de celule iPS (a se vedea modulul de cercetare iPS) care poate fi obținut prin reprogramare crește.
Crearea hibrizilor om-animal sau a himerelor om-animal este un domeniu complementar de cercetare.Procesul de recuperare a ouălor (a se vedea modulul de recuperare a ouălor) este asociat cu administrarea de doze mari de hormoni și riscuri asociate cu recuperarea ouălor. Pentru a evita problemele asociate cu utilizarea celulelor ovule umane, se caută surse alternative de ovule. La începutul anului 2008, o echipă de cercetători britanici condusă de cercetătorul celulelor stem Lyle Armstrong a declarat că au creat pentru prima dată embrioni din genomul uman și celule de ou de la vaci. Scopul experimentelor este de a determina, printre altele, dacă este posibilă utilizarea animalelor în locul celulelor ovulului uman și a embrionilor pentru cultivarea și diferențierea celulelor stem.
Experimentele pe embrioni cu celule de origine animală și umană au continuat de atunci și au fost criticate pe scară largă. Studii mai recente nu mai vizează utilizarea celulelor ovulelor animale, ci mai degrabă recoltarea țesutului uman, cel mai bine organe întregi de la embrioni de animale, în care se presupune că celulele stem umane se vor dezvolta în continuare in vivo. Înainte de aceasta, embrionii de animale sunt modificați genetic în așa fel încât secvența genetică din ei care este responsabilă pentru formarea anumitor organe este „dezactivată”. În locul lor, celulele stem pluripotente induse de om introduse (celule iPS) se integrează și, în cel mai bun caz, formează respectivul organ pe baza celulelor umane.