Nuostabiausia 2013-aisias buvo tai, kaip lengvai po viso pasaulio laboratorijas paplito naujos technikos. Netgi metodų vystyme nesispecializuojantys tyrėjai greitai priima – ir patobulina – naujus nagrinėjamų klausimų sprendimo būdus, o to rezultatas – progreso spartėjimas ir disciplinų kryžminimasis. Štai keletas iš nuostabiausių gyvybės mokslų poslinkių, įvykusių šiemet.
Ko negali padaryti CRISPR?
CRISPR yra genomo keitimo įrankis. Kartu su Cas9 fermentu, CRISPR metodas leidžia mokslininkams bet kurioje genomo vietoje rašyti norimą genetinį kodą. Prieš keletą metų CRISPR buvo žinomas tik dėl savo vaidmens bakterijų ir archėjų imunitetui. Dabar laboratorijos visame pasaulyje naudoja šią techniką galybei tikslų.
„Šis naujasis metodas keičia žaidimo taisykles,“ – gegužę The Scientist žurnalui sakė Rudolfas Jaenischas, vienas iš Whitehead instituto Kembridže steigėjų. Jis su kolegomis sukūrė genetiškai modifikuotą pelę su penkiomis mutacijomis greičiau, nei per mėnesį, „tuo tarpu įprastiniais būdais tai būtų užtrukę nuo trijų iki keturių metų.“
2013-aisiais pažanga CRISPR pritaikyme rimtų žurnalų puslapius puošė galvą svaiginančiu dažnumu. Vien gruodį mokslininkai parodė, kad CRISPR/Cas9 metodu galima taisyti genetinius defektus žinduoliuose ir žmogaus kamieninėse ląstelėse. Ir dviejuose „Science“ straipsniuose tik praėjusią savaitę nurodyti būdai kaip panaudoti CRISPR genomo skenavimui.
Organoidų tuntas
2013 metais laboratorijose pasirodė nauji auginamų organų tipai, vadinamieji organoidai. Rugpjūtį mokslininkai augino mažus trimačius žmogaus embrioninių smegenų modelius, kurie galėjo suformuoti kai kurias sudėtingas organo struktūras. „Tai rodo nepaprastą žmogaus ląstelių saviorganizacijos galią,“ – sakė Jürgenas Knoblichas iš Austrijos mokslų akademijos Molekulinės biotechnologijos instituto.
Lapkritį Amerikos ir Ispanijos tyrėjai paskelbė duomenis funkcionuojančias inkstų progenitorines ląsteles, išsivysčiusias iš žmogaus kamieninių ląstelių. Prieš keletą mėnesių mokslininkai perprogramavo žmogaus ląsteles (induced pluripotent stem cells – iPSCs) į kepenų užuomazgą, kuri irgi tapo trimatė. Kepenų užuomazgos metabolizmas atrodė normalus ir netgi prisijungė prie recipiento apytakos sistemos, kai buvo implantuota pelei.
Organų užsiauginimo perspektyva gali būti ne tokia jau ir tolima. „Jei bus galima naudoti iPSC tikrai funkcionuojančių organų kūrimui, tada žmonėms atsiras neribotos, genetiškai atitinkančios atsarginės dalys,“ – dėstė Stephenas Duncanas, Viskonsino medicinos koledžo regeneratyvinės medicinos centro direktorius.
Pajėgiosios kamieninės ląstelės
Galimybė perprogramuoti odos ląsteles į pluripotencines kamienines paprastu genų raiškos pakeitimu atvėrė visą naujų eksperimentų pasaulį. Šiais metais tyrėjai kūrė geresnius ir greitesnius ląstelių tapatybės pakeitimo metodus. Prieš keletą mėnesių Izraelio mokslininkai rado būdą apeiti vieną didžiausių kamieninių ląstelių kūrimo kliūčių – technikos neefektyvumą. Paprastai tik maždaug viena iš dešimties ląstelių, skatinamų įgyti pluripotencijos savybę, tai atlieka, bet Jacobas Hanna iš Izraelio Weizmanno mokslų instituto su kolegomis išjungė pluripotenciją slopinantį geną ir voilà: beveik tobulas efektyvumas. „Niekada nemaniau, kad priartėsime prie 100 procentų, – kalbėjo J.Hana. -Tai rodo, kad reprogramavimo procesas neprivalo būti atsitiktinis ir neefektyvus.“
2013 m. pluripotencinių kamieninių ląstelių kūrimas pasiekė naujas žemumas. Tyrėjai sugebėjo in vivo generuoti daugiau primityvių kamieninių ląstelių formų, nei kada nors anksčiau. Kita grupė perprogramavo žemiau už žinduolius gyvybės medyje esančių gyvūnų – paukščių, žuvų ir vabzdžių – ląsteles. Dar kita komanda apėjo įprastinį genų įterpimo į ląstelę žingsnį ir vietoje to naudojo mažas molekules ląstelių pakeitimui į pluripotentinį būvį.
Praplėstas 3-D spausdinimo naudojimas
3-D spausdintuvai gali pagaminti viską, nuo mėgintuvėlių laikiklių ir centrifugų iki pietų. Tad, kodėl neatsispausdinus mažos mikrobų visatos? Tyrėjai sukūrė želatinos formą, kurios atskirose skyreliuose galima laikyti skirtingas bakterijas.
Tada 3-D spausdintuvo lazeriais apie bakterijas sukuriamos nedidelės užtvaros. Nors bakterijos laikosi vietoje, signalai iš ląstelių gali keliauti per gelį. Aleksandras Ovsianikovas iš Vienos technologijos instituto Austrijoje, nesusijęs su projektu, pažymėjo, kad šia technika tyrėjai gali sukurti kokią tik nori formą. „Tai įrankis, kuriuo potencialiai galima sujungti gelį, padengti jį biomolekulėmis, ar sukurti jame kanalus,“ – sakė A. Ovsianikovas. – Tai įrankis, galintis daug daugiau, nei 3-D spausdinimas.“
Hidrogelio implantai
Kitas puikus manipuliavimo karkase įtvirtintomis ląstelėmis pavyzdys yra mokslininkų sukurtas hidrogelio implantas su optiniu pluoštu, kuriuo perduodama šviesa galima reguliuoti ląstelių aktyvumą. Šiuo atveju hidrogelyje esančios ląstelės buvo stimuliuojamos šviesa, siekiant sumažinti diabetu sergančios pelės aukštą cukraus lygį.
Hidrogelis ne tik tiekia šviesą, jis taip pat gali šviesą aptikti, kai ląstelės išskiria fluorescecuojančius baltymus. Seok Hyun Yun iš Harvardo universiteto spalio mėnesį paaiškino, kad jo grupė iš tiesų nieko naujo neišrado. „Mes sudėjome draugėn šiek tiek atskiras, gražias technologijas, kad jos dirbtų vienoje sistemoje… ir tada suradome būdą, kaip priversti jas veikti kūne,“ – paaiškino jis „The Scientist“. Šis būdas gali pasitarnauti naujų, ląstelės lygio terapijų vystymui.
Žinoma, šią technologiją dar reikia šiek tiek paderinti. HeLa ląstelės gali sukelti auglius ir nėra aišku, kaip hidrogelis elgtųsi kitokioje aplinkoje.
MacGuyverio stiliaus mikrodarbeliai
Ne viskam moksliniame progrese reikia sudėtingų sprendimo metodų. Iš tiesų, pasak Raquel Perez-Castillejos, biomedicinos inžinierės Niu Džersio technologijos institute Niuarke, su šiek tiek sumanumo ir gabalėliu lipnios juostos galima daug nuveikti. Mokslininkai mažų įdubimų, reikalingų ląstelių kultūrų auginimui, gamybai gali naudoti fotolitografinę technologiją, bet Perez-Castillejos ir jos kolegos išsiaiškino, kad tam puikiausiai tinka ir ant stiklo priklijuotoje lipnioje juostoje išpjaustytos formos.
Komanda išpjaustė mažus stačiakampius ir kitas figūras juostoje. Tada juostą nulupo, o išpjautos formos pasiliko ant stiklo ir buvo panaudotos, liejant stiklo plokštelės atspaudą iš silikoninio polimero. Kai šis sutvirtėjo, jį galima buvo nuimti nuo stiklo plokštelės, apversti ir nuo lipnios juostos susidariusiuose įdubimuose patalpinti ląsteles mikroskysčių eksperimentams. „Kartais stengiamės laikytis labai didelio tikslumo problemoms, kurioms to visai nereikia, taip be priežasties padarydami jas sudėtingesnėmis, nei reikia,“ – sakė Perez-Castillejos.
Kita karta
Daug žadanti in vitro apvaisinimo technika suteikė tėvams Filadelfijoje jų naują kartą – gegužę gimė berniukas. Oksfordo universiteto tyrėjai panaudojo naujos kartos sekoskaitą (sekvenavimą), kurdami metodą, skirtą patikrinti embrionus dėl chromosomų nenormalumų, genų mutacijų ir mitochondrijų genomo mutacijų.
„Naujos kartos sekoskaita pagerina mūsų galimybes aptikti šiuos nukrypimus nuo normos ir padeda identifikuoti embrionus, turinčius didžiausią galimybę išsivystyti į sveiką nėštumą,“ sakė Daganas Wellsas, molekulinės genetikos specialistas iš NIHR Biomedicinos tyrimų centro Oksfordo universitete, savo pranešime. „Tai gali padidinti IVF sėkmės tikimybę ir sumažinti persileidimų riziką.“
Vaisingumo gydytojas Pensilvanijoje, naudojęs techniką mažojo Connoro Levy'io patikrinimui, kol šis tebuvo ląstelių gumulėlis, sakė tikintis, kad ši technika išpopuliarės.
