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 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, Whiteheado instituto Kembridže, Masačusetse vienas iš steigėjų. Jis su kolegomis sukūrė genetiškai modifikuotą pelę su penkiomis mutacijomis greičiau nei per mėnesį, o įprastiniais būdais tai būtų užtrukę nuo trejų iki ketverių 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. O dviejuose „Science“ straipsniuose 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 apie funkcionuojančias inkstų progenitorines ląsteles, išsivysčiusias iš žmogaus kamieninių ląstelių. Prieš keletą mėnesių mokslininkai perprogramavo žmogaus ląsteles (angl. induced pluripotent stem cells – IPSC) į kepenų užuomazgą, kuri irgi tapo trimatė. Kepenų užuomazgos metabolizmas atrodė normalus ir netgi prisijungė prie recipiento apytakos sistemos, kai ji buvo implantuota pelei.
Organų užsiauginimo perspektyva gali būti ne tokia jau ir tolima. „Jei bus galima naudoti IPSC tikrai funkcionuojančių organų kūrimui, tada žmonės turės daugybę genetiškai atitinkančių atsarginių dalių“, – dėstė Viskonsino medicinos koledžo regeneratyvinės medicinos centro direktorius Stephenas Duncanas.
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 – sėkmė: beveik tobulas efektyvumas. „Niekada nemaniau, kad priartėsime prie 100 procentų, – sakė J.Hanna. – Tai rodo, kad reprogramavimo procesas neprivalo būti atsitiktinis ir neefektyvus.“
2013 m. pluripotencinių kamieninių ląstelių kūrimas pasiekė naujas aukštumas. Tyrėjai sugebėjo 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.
3D spausdinimas
3D spausdintuvai gali pagaminti viską, nuo mėgintuvėlių laikiklių ir centrifugų iki pietų. Tad kodėl neatsispausdinus mažos mikrobų visatos? Tyrėjai sukūrė želatinos formą, kurios atskiruose skyreliuose galima laikyti skirtingas bakterijas. „Iš esmės, tai želė su joje pakibusiais dalykais“, – sakė chemikas ir bioinžinierius Jasonas Shearas iš Teksaso universiteto Austine.
3D spausdintuvo lazeriais apie bakterijas sukuriamos nedidelės užtvaros. Nors bakterijos laikosi vietoje, signalai iš ląstelių gali keliauti per želė. Aleksandras Ovsianikovas iš Vienos technologijos instituto Austrijoje, nesusijęs su šiuo projektu, pažymėjo, kad šia technika tyrėjai gali sukurti kokią tik nori formą. „Tai įrankis, kuriuo potencialiai galima sujungti želė, padengti ją biomolekulėmis ar sukurti jame kanalus, – sakė jis. – Tai įrankis, galintis daug daugiau nei 3D 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 fluorescuojančius baltymus. Seokas Hyunas Yunas iš Harvardo universiteto spalio mėnesį paaiškino, kad jo grupė iš tiesų nieko naujo neišrado. „Mes sujungėme atskiras, puikias technologijas, kad jos dirbtų vienoje sistemoje ir tada suradome būdą, kaip priversti jas veikti kūne“, – paaiškino jis. Šis būdas gali pasitarnauti naujų ląstelės lygio terapijų vystymui.
Žinoma, šią technologiją dar reikia tobulinti, nes ląstelės gali sukelti auglius ir nėra aišku, kaip hidrogelis elgtųsi kitokioje aplinkoje.
Mikrodarbai
Ne viskam moksliniame progrese reikia sudėtingų sprendimo metodų. Iš tiesų, pasak biomedicinos inžinierės Raquel Perez-Castillejos iš Naujojo Džersio technologijos instituto 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 ši mokslininkė 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 buvo galima 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 R.Perez-Castillejos.
Kita karta
Daug žadanti „in vitro“ apvaisinimo technika suteikė tėvams Filadelfijoje atžalą – gegužę gimė berniukas. Oksfordo universiteto tyrėjai panaudojo naujos kartos sekvenavimą, kurdami metodą, skirtą patikrinti embrionus dėl chromosomų nenormalumų, genų mutacijų ir mitochondrijų genomo mutacijų.
„Naujos kartos sekvenavimas 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. – Tai gali padidinti IVF sėkmės tikimybę ir sumažinti persileidimų riziką.“
Vaisingumo gydytojas Pensilvanijoje, naudojęs techniką mažojo Connoro Levy patikrinimui, kol šis tebuvo ląstelių gumulėlis, sakė tikintis, kad ši technika išpopuliarės.
Parengta pagal „The Scientist“ inf.
