Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (USFDA) требует, чтобы все новые медикаменты тестировались на животных перед продажей людям. Свиньи — одни из лучших подопытных. Они даже лучше мышей, потому что со свиньями у человека гораздо больше общего. Например, размер, физиологические особенности и генетический состав.
Команда исследователей из Государственного университета штата Айова разработала способ сделать свиней еще более «похожими» на людей. Они уже успешно передали часть компонентов иммунной системы человека свиньям. Это открытие может значительно ускорить исследования в разных областях медицины, включая разработки вакцины против различных видов вирусов, лекарства от рака и методов лечения с помощью стволовых клеток.
Существующие биомедицинские модели
Тяжелый комбинированный иммунодефицит (Severe Combined Immunodeficiency), сокращенно ТКИД, — это генетически обусловленное состояние, при котором происходит нарушение в формировании иммунной системы. Тяжелый комбинированный иммунодефицит может проявляться как у людей (это иронично обыграли в фильмах «Под колпаком» и «Парень из пузыря»), так и у животных, включая мышей.
В 1980-х годах исследователи выяснили, что можно подсадить мышам иммунные клетки человека для дальнейшего изучения заболевания. Таких мышей называют гуманизированными, то есть «очеловеченными». Они используются на протяжении последних 30 лет для изучения массы аспектов человеческого здоровья.
Мыши чаще остальных животных используются в биомедицинских исследованиях, но результаты, полученные на грызунах, не всегда можно сопоставить с теми, что медики получают при изучении людей. Все из-за разницы в метаболизме, размере и работе клеток.
Приматы тоже иногда используются в качестве подопытных, и они гораздо лучше подходят для этих целей, так как больше похожи на людей. Но ставить опыты на обезьянах неэтично. По этой причине в 2013 году многие исследовательские центры отпустили большую часть использовавшихся в работе шимпанзе «на волю» и сейчас нуждаются в альтернативных подопытных.
Свиньи — подходящий вариант. Они похожи на людей, и, учитывая масштабы использования поросят в пищевой индустрии, у людей не возникает этических дилемм при рассмотрении свиней в качестве материала для медицинских исследований.
Гуманизированные кабаны
В 2012 году была создана группа исследователей из государственных университетов штатов Айова и Канзас. В их числе Джек Деккерс (Jack Dekkers), эксперт в области генетики животных, и Рэймонд Роулэнд (Raymond Rowland), специалист по заболеваниям животных. По счастливой случайности им удалось обнаружить генетические мутации у свиней, вызывающие тяжелый комбинированный иммунодефицит. После этого группа решила попробовать сделать из таких свиней новые биомедицинские модели.
Команды Деккерса и Роулэнда почти десять лет работали над адаптацией ТКИД-поросят под нужды биомедицинских исследователей. В 2018 году они добились определенных успехов, когда трудились совместно с физиологом Джейсоном Россом (Jason Ross) в его лаборатории. Вместе с Россом они создали свиней с еще более слабым иммунитетом, чем у тех, что страдают от ТКИД, и успешно гуманизировали их, подсадив человеческие стволовые клетки в печень растущих поросят.
На ранних этапах развития плода подсаженные иммунные клетки, находясь внутри печени, дают организму возможность продуцировать новые человеческие клетки. Исследователи вводят эти клетки в печень поросенка, используя аппарат УЗИ. Пока плод развивается, пересаженные стволовые клетки начинают дифференцироваться и превращаться в другие виды клеток, постепенно распространяясь по телу животного. Как только ТКИД-поросята рождаются, в их крови, печени, селезенке и щитовидной железе можно обнаружить человеческие клетки. И именно из-за такой гуманизации подобные свиньи так ценны для медиков.
Уже сейчас людям удалось обнаружить, что у ТКИД-подопытных приживаются человеческие опухоли яичников. Это дает исследователям возможность глубже изучить рак яичников у человека. По такому же принципу можно изучать лечение ожогов, потому что человеческая кожа приживается на гуманизированных поросятах. И это лишь несколько примеров.
Свиньи под колпаком
Подопытные животные лишены важнейших компонентов собственной иммунной системы, поэтому они крайне уязвимы к разного рода инфекциям. Их нужно содержать в специальных стерильных загонах, чтобы снизить патогенную нагрузку.
ТКИД-поросята взращиваются в «пузырях», защищенных от микробов. В каждом загоне поддерживается высокое давление, а на входах установлены системы очистки воды и воздуха, чтобы исключить попадание инфекций. Персонал, работающий с подопытными, обязан носить специальную защитную форму. В одном загоне находятся от 2 до 15 ТКИД-особей.
Как и в случае с другими исследованиями на животных, вопрос этики встает на первое место. Все протоколы медиков разрешены Комитетом по защите животных государственного университета штата Айова (Iowa State University’s Institutional Animal Care and Use Committee) и соответствуют стандартам руководства по содержанию и использованию лабораторных животных (The National Institutes of Health’s Guide for the Care and Use of Laboratory Animals).
Два раза в сутки свиньи проверяются специалистами, следящими за их здоровьем. С командой Деккерса и Росса сотрудничают ветеринары. Если кто-то из подопытных заболевает, а таблетки и антибиотики не помогают, животных наиболее гуманным способом подвергают эвтаназии.
Задача специалистов — продолжить адаптировать гуманизированных животных под новые эксперименты, чтобы поросята подходили для изучения влияния на иммунитет других заболеваний. Команда надеется, что в будущем их ТКИД-модели станут ключом к совершенствованию медицинских исследований и в итоге помогут людям.
