гуманизированные мыши что это
Грызуны науки: мыши с легкими человека помогут найти защиту от COVID
Ученые из США предложили методику создания мышей с гуманизированными (состоящими из человеческих клеток) легкими и иммунной системой. По их мнению, у исследователей сейчас нет подходящей модели животных, которая могла бы пролить свет на то, как SARS-CoV-2 ведет себя в организме человека. Хорьки, нечеловеческие приматы и трансгенные мыши, на которых делали ставку, показывают неудовлетворительные результаты в экспериментах. Они либо рано погибают, либо не демонстрируют нужных симптомов. Российские специалисты высоко оценили потенциал этого предложения, несмотря на его сложность и затратность. Они полагают, что если даже коронавирусная инфекция в скором времени отступит, создание таких моделей сильно продвинет науку вперед.
Очеловечить мышей
Ученые Центра динамики инфекционных заболеваний и Института биологических наук им. Хака (The Center for Infections Disease Dynamics and Huck Institutes of the Life Sciences) опубликовали обзорную статью, в которой описали способы создания мышей с гуманизированными легкими и иммунной системой. Такие особи необходимы для тестирования безопасности и эффективности вакцин от нового коронавируса. Как пояснили специалисты, человечество сейчас находится в поисках подходящей модели животных, которая могла бы помочь понять, как SARS-CoV-2 ведет себя в организме людей. Но пока найти ее не удается.
Любая животная модель имеет так называемый трансляционный потенциал — вероятность, с которой полученные на ней результаты могут быть перенесены на человека, сообщил «Известиям» заведующий лабораторией трансляционной медицины ФФМ МГУ имени М.В.Ломоносова Владимир Попов.
— Для обычных лабораторных мышей он совсем невелик: в пределах 10–15%. Создание трансгенной мышиной модели, даже если введенная генетическая конструкция — человеческий ген, увеличивает его незначительно. Ведь ткани, системы органов, да и весь организм в целом остаются мышиными, — уверен эксперт.
Трансгенные модели, по словам ученого, бывают нужны при исследовании молекулярных механизмов каких-то уже описанных физиологических процессов, при исследовании патогенеза заболеваний, вызванных поломкой одного (или немногих) генов. Но они мало полезны при исследовании системных патологий, к которым, по-видимому, относится заболевание, вызванное SARS-CoV-2. С этой точки зрения способность вызвать у мышей развитие человеческой легочной ткани и иммунных клеток — это очевидный шаг вперед, — считает Владимир Попов.
Две возможные модели
Гуманизированные мыши с легкими человека позволят изучить именно человеческие иммунные реакции. Частой причиной смерти больных COVID-19 является острый респираторный дистресс-синдром, вызванный чрезмерным выделением воспалительных цитокинов, сообщил «Известиям» руководитель Центра доклинических исследований Сеченовского Университета (вуз — участник проекта повышения конкурентоспособности образования «5–100») Андрей Недорубов.
— В современной клинической практике есть препараты на основе моноклональных антител (созданных в лаборатории клонов), которые способны блокировать этот цитокиновый шторм на самых ранних этапах его активации. Но проблема заключается в том, что большая часть данных средств блокирует только человеческие пути активации цитокинов. И на лабораторных животных они не активны в виду эволюционного и видового различий, — пояснил эксперт.
Именно с этими ограничениями способны справиться гуманизированные мыши.
Ученые описали две возможные методики создания таких лабораторных грызунов. В первом случае мышам предлагают ввести человеческие гемопоэтические стволовые клетки. Это предшественники B-клеток, необходимых для продукции антител и активации гуморального иммунного ответа (когда образуются вещества с защитными функциями).
Также грызунам необходимо будет подсадить эмбриональную человеческую печень и тимус, которые продуцируют Т-клетки и осуществляют их созревание и селекцию для получения клеточного иммунного ответа. Фрагмент легочной ткани человека пересаживают мышам в специальной капсуле подкожно. Таким образом внутри животного как пазл собирают самые важные элементы человеческой иммунной системы и позволяют ей нормально функционировать по законам человеческого организма.
— В итоге в первой модели есть локализованное человеческое легкое, которое сохраняет структуру, жизнеспособность и основные ветки человеческого иммунитета, которые отвечают за реакцию организма на чужеродное вторжение, — пояснил Андрей Недорубов. — Мышиная собственная защитная система не оказывает влияния на данные компоненты, так как мыши генномодифицированны и лишены иммунитета, чтобы избежать отторжения органов.
Во втором случае ученые предлагают использовать метод бластоцистной комплементации (бластоциста — это следующий этап формирования зародыша после зиготы. — «Известия»), сообщил изданию руководитель лаборатории геномной инженерии МФТИ Павел Волчков. При этой методике в бластоцисту мыши, у которой «выключены» гены, ответственные за развитие того или иного органа, необходимо ввести эмбриональные стволовые клетки, из которых позже могут развиться эти же органы другого вида. В данном случае, человеческие легкие.
— Однако нужно понимать, что пока экспериментально человеческие клетки животным никто не вводил. Тут есть этическое противоречие, которое связано с тем, что у животного могут развиться не только легкие, но и, скажем, нервная ткань. В таком случае остается открытым вопрос, в какой степени это животное, а в какой человек, — пояснил ученый. — Однако это очень перспективная модель, над созданием которой нужно работать.
Обе описанные методики подходят для изучения как человеческой иммунной системы, так и работы легких. И у каждой из них есть свои плюсы и минусы, отметил эксперт.
Дорого, но перспективно
Однако такие эксперименты требуют больших финансовых вложений. Стоимость трансгенных мышей может составлять до нескольких тысяч долларов за одно ядро (несколько животных, от которых можно получить потомство), а гуманизированные модели стоят еще дороже. Однако если они действительно будут воспроизводить патогенез COVD-19, сходный с заболеванием у людей, а также развитие иммунитета против SARS-CoV-2 и других похожих инфекций, эти затраты полностью оправдаются, уверена заведующая лабораторией Института регенеративной медицины МНОЦ МГУ имени М.В. Ломоносова Анастасия Ефименко.
Россия создала уникальных гуманизированных мышей
То, что обычные грызуны реагируют на новый коронавирус иначе, чем человек, стало понятно в конце февраля. Вирус проникает в клетки человека с помощью белка АСЕ2, который является рецептором и точкой входа в клетку.
Здесь различие между мышью и человеком значительное: в клетки мышей этот вирус проникает очень плохо, и их можно заразить только очень высокой дозой. А переносят коронавирусную инфекцию обычные мыши чрезвычайно легко, без симптомов.
По словам Дейкина, ученые внедряют в ядро яйцеклетки мышей систему с двумя человеческими генами. Следующий этап — гуманизация: делаются уже не просто трансгены, когда в геном мышей вставляют человеческие гены, а производится замена мышиного гена на человеческий.
«На сегодняшний день у нас есть вот эти гуманизированные мыши первого поколения. Они уникальные, в России получены впервые, в мире таких нет», — рассказал ученый.
Ранее по теме
Суточный прирост больных COVID-19 продолжает снижаться
Нетипичные симптомы: как проявляет себя «омикрон»
Институт инфекционных болезней ЮАР: «омикрон» не так уж опасен
Мясников: антибиотики и отказ от прививок делают людей беззащитными
Ужесточение мер: в мире выявлено около ста зараженных «омикроном»
Израиль закрывает границы
Вести.Ru в социальных сетях:
Программы
На сайте функционирует система коррекции ошибок. Обнаружив неточность в тексте, выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
Очеловеченная мышка
Очень часто нам доводится читать новости о том, что какие-нибудь ученые изобрели лекарство или открыли молекулу, обладающую необычайной эффективностью. В лучшем случае эти новости сопровождает комментарий, что эффективность была показана на мышах с моделью заболевания.
Однако, таких «открытий» ежегодно происходят сотни, но по дороге в аптеку все эти чудодейственные средства куда-то пропадают. Куда, вы спрашиваете? На помойку, вестимо.
В статье Подтверждено клиническими исследованиями я рассказывал, какие этапы должен преодолеть новый препарат, чтобы стать лекарством. Так вот, из сотен молекул, показавших эффективность на доклиническом этапе исследований, до аптеки добираются считанные единицы.
Остальные кандидаты слетают с трассы. Процент слетевших называется drug development attrition rates, и это большая проблема, которую обсуждают в литературе каждые 2-3 года. Проблема заключается в том, что всем очень жалко потраченного времени и денег.
Почему так происходит? В Прощай, плоская биология мы обсудили, почему эффекты, полученные в пробирке или в культуральной чашке, не обязательно транслируются на живой организм, тем более на организм человека.
Но ведь доклинический этап состоит не только из исследований в пробирках (in vitro), но и из исследований на животных (in vivo). У животных-то в тканях все, как на самом деле. Почему же часто так бывает, что лекарство эффективное у мышей с моделью заболевания, не помогает человеку с тем же самым заболеванием?
Ответ прост: мы с мышами – разные биологические виды, и наши системы работают очень по-разному, особенно это касается иммунных систем. Если вы, например, разрабатываете противовирусный препарат против ВИЧ-1, то вам надо как-то решить, что делать с тем обстоятельством, что мыши не заражаются этой инфекцией.
ВИЧ-1 заражает только человека, шимпанзе и гориллу. Долгое время исследования с ВИЧ проводили на шимпанзе, но в 2010 году Евросоюз запретил такие эксперименты, а с 2011 запрет вышел и в США.
Значит, все-таки мыши. Можно трансплантировать мышам иммунные клетки человека, которые, собственно, и заражает ВИЧ-1. Но если просто пересадить клетки, то организм мыши их отторгнет, то есть разовьется классическая реакция отторжения трансплантата, так как мы с мышами не совпадаем по молекулам главного комплекса гистосовместимости (у нас они называются HLA).
Как же быть? Ответ был найден в 1983 году, когда обнаружили мышей с тяжелым наследуемым иммунодефицитом. У этих мышек не работали В- и Т-клеточный компоненты иммунитета, то есть отсутствовала вся адаптивная система. Таких мышей назвали SCID-mice – Severe Combined Immunodeficiency.
В 1988 году этим мышам успешно пересадили иммунные клетки человека, и они прижились, потому что в организме мыши не было адаптивной защиты, чтобы отторгнуть их. В результате получилась гуманизированная или очеловеченная мышь – животное, содержавшее в себе функционирующие иммунные клетки человека.
Это положило начало созданию большого количества модификаций SCID моделей, настроенных под разные типы фармакологических и патофизиологических исследований.
На сегодняшний день существует четыре основных модели гуманизированных мышей, если не считать трансгенных животных, которым внедрены в геном гены человека. Но про них, наверное, нужно отдельно.
Модель Hu-PBL-SCID.
У человека выделяют мононуклеары периферической крови (фракция крови, содержащая лимфоциты, моноциты и дендритные клетки) и внутрибрюшинно водят их мыши с иммунодефицитом (SCID, NSG или RG животные). NSG и RG – это модификации SCID с улучшенной приживаемостью трансплантата.
Введенные человеческие клетки сохраняют жизнеспособность несколько недель, что достаточно для проведения экспериментов, и при этом даже выполняют некоторые иммунные функции. Таких животных используют для изучения патогенеза ВИЧ и поиска противовирусных лекарств.
Модель SCID-Hu.
Мышам SCID или модифицированной модели под капсулу почки пересаживают клетки человеческого эмбрионального тимуса и человеческой эмбриональной печени (содержащей гематопоэтические стволовые клетки).
В результате — под капсулой развивается органоид, напоминающий человеческий тимус, который активно продуцирует наивные человеческие Т-лимфоциты. Однако, зрелые лимфоциты практически не попадают в периферический кровоток мыши, поэтому человеческий иммунный ответ такое животное выработать не может.
Тем не менее, эту модель используют для изучения патогенеза иммунотропных вирусов человека – ВИЧ-1 и человеческого Т-лимфотропного вируса первого типа.
Модель Hu-SRC-SCID.
Эта модель похожа на Hu-PBL-SCID, но вводят не мононуклеары периферической крови, а стволовые гематопоэтические клетки человека, полученные из костного мозга, пуповинной крови, периферической крови или эмбриональной печени.
В некоторых современных модификациях этой модели развивается полноценный человеческий лимфопоэз, сопровождающийся полным спектром иммунных функций Т- и В-лимфоцитов, макрофагов, натуральных киллеров и дендритных клеток.
Минус этой модели заключается в том, что созревание и удаление лимфоцитов происходит в условиях мышиного тимуса, а это создает трудности для активации и выживаемости человеческих Т-лимфоцитов.
Модель BLT.
BLT означает – bone marrow, liver and thymus. Как и в модели SCID-Hu, животным пересаживают человеческий эмбриональный тимус и печень, но сверх того вводят человеческие гематопоэтические стволовые клетки.
Эта модель тоже дает полный спектр иммунокомпетентных клеток, но их образование и рестрикция происходят уже не в мышином, а в человеческом тимусе, точнее в его органоиде под капсулой почки. А это значит, что антигенная презентация контролируется человеческими регуляторами (HLA молекулы) и протекает максимально эффективно, насколько это возможно в чужом организме.
На сегодня модель BLT считают самой удачной для изучения механизмов ВИЧ-1 и скриннирования противовирусных препаратов. BLT модель позволяет не только заразить мышь ВИЧ, но и достаточно точно смоделировать иммунопатогенез этой инфекции, а значит, и правильно расставить мишени для новых препаратов.
Недавно появилась информация, что при помощи этой модели была испытана новая нанотехнологическая платформа для вакцинопрофилактики, использующая биоразлагаемые конструкции, несущие различные антигены вакцинного штамма вместе с регуляторами иммунного ответа.
На BLT-мышах было показано, что такая вакцина может создать эффективную защиту на уровне слизистой оболочки входных ворот за счет активации резидентных дендритных клеток, что до сих пор было уделом только живых вакцин.
Так, BLT-мыши, вакцинированные против Chlamydia trachomatis, получали невосприимчивость к инфекции в моделях заболеваний, вызываемых этой бактерией.
Об этой платформе я расскажу в следующем посте, а пока отмечу, что технология гуманизированных мышей будет развиваться и, скорее всего, полностью перейдет в сферу генной инженерии. В частности, потребуется перенос генов HLA в геном мыши для повышения эффективности антигенной презентации и генов, кодирующих цитокины и ростовые факторы, для поддержки всего клеточного звена.
Я думаю, что использование этой технологии позволит повысить точность предсказаний эффективности лекарств, так или иначе связанных с действием иммунной системы человека.
Показалось интересным или полезным — подпишитесь на анонсы новых статей в наших пабликах ВКонтакте и Фейсбуке.
Мыши с геном человека: как они помогут победить COVID
Обыкновенным мышам коронавирус не страшен. Но именно мыши являются основным материалом для опытов. В том числе по созданию новых лекарств от множества болезней. Ткани и органы мышей во многом подобны человеческим. Так что именно мыши годятся для экспериментов.
Перед генетиками была поставлена задача выведения особых мышей, способных заражаться коронавирусом. Эта проблема решена, и вскоре медики получат необходимых животных для исследований, сообщил telegram-каналу MASH заведующий лабораторией Новосибирского Института цитологии и генетики Нариман Баттулин.
БАТТУЛИН : Идея состоит в том, что мы возьмем белок человека, через который в клетку проникает вирус. И перенесем ген этого белка в геном мыши. Таким образом, получается, что мы вставляем белок, который обеспечивает проникновение вируса, и мыши становятся восприимчивыми.
О том, что российские ученые работают над выведением так называемых гуманизированных мышей, ранее говорил на совещании с президентом директор Института молекулярной биологии имени Энгельгардта Александр Макаров. По его словам, это необходимо для борьбы с пандемией.
МАКАРОВ : Мышь хороша тем, что там мутация в генах вызывает сходные последствия, как у человека. Мы работаем с мышами, которые имеют гуманизацию, то есть часть генов заменена на человеческие гены.
Генно-модифицированные мыши появятся уже в июне. Для этого все готово, пояснил Нариман Баттулин. После этого подопытных животных отправят медикам для тестирования вакцин от коронавируса, работа над которыми идет в настоящее время.
БАТТУЛИН : Первые операции по получению животных, которые будут с геном человека внутри генома, мы начнем на следующей неделе. У мышей беременность – 20 дней. Поэтому мы ожидает, что в июне получим первых восприимчивых животных. Я надеюсь, что они могут пригодиться и для тестирования.
Речь идет о тысячах подопытных животных.
Между тем накануне Россельхознадзор подтвердил заражение коронавирусом домашней кошки – скорее всего, от человека. Но использовать котов для опытов и разработки вакцины не планируется – только специальных генно-модифицированных мышей.
Популярное
«Я за обязательную вакцинацию, если и всё остальное государство возьмёт на себя»
СЕРГЕЙ МИХЕЕВ: «Я буду на каждом углу агитировать за обязательную вакцинацию, если и всё остальное, как в Советском Союзе, государство возьмёт на себя. Я – за. Обязательная вакцинация, шмакцинация, всё остальное. Только тогда так давайте: 4 программы по телевидению, никакого Интернета, отменить мобильную связь».
Международные организации используются во вред России
СЕРГЕЙ МИХЕЕВ: Мы видим, что разного рода международные организации повсеместно используются во вред интересам России. Единственное место, где мы более или менее контролируем ситуацию, – это Совет Безопасности ООН. И то потому, что там у нас право вето. И зачем нам добровольно подписываться под какие-то особые права какой-то Всемирной организации здравоохранения, которая неизвестно что из себя представляет?
CNN стал пленником собственных иллюзий
СЕРГЕЙ МИХЕЕВ: Америка теряет рейтинги, как и CNN. Это ситуация, при которой люди считают, что можно делать всё, потому что сиюминутная задача того стоит. И вроде бы да – им удается решить сиюминутную задачу. Это к вопросу о стратегии. То есть перед тобой стоит задача, ты должен решить ее любым способом, и лети всё в тартарары, главное нам сейчас эту дыру залатать, а дальше видно будет. Но дальше всё равно наступает.
Новый штамм коронавируса гораздо опаснее «дельты»
ВУЙНОВИЧ: Я только что прилетела из Питера. К сожалению, люди не понимают, что маски – и маски, надетые правильно (это значит, что закрыты и нос, и рот) очень важны. Потому что мы не знаем – возможно, есть еще 10 штаммов коронавируса… Надо предупредить перенос вируса: гигиена, вакцина, включая бустерную дозу, помогут организму бороться…
Новый штамм коронавируса «омикрон» выявлен у жителя Германии, который вернулся из ЮАР, о чем можно говорить «с высокой долей вероятности». Об этом сообщил сегодня министр по социальным вопросам земли Гессен Кай Клозе. «Инфицированный изолирован», – написал он в «Твиттере», отметив, что окончательные результаты анализов еще не готовы. Буквально накануне Всемирная организация здравоохранения обозначила штамм, обнаруженный на юге Африки, греческой буквой «омикрон». В ее заявлении также говорилось, что у этого варианта коронавируса «имеется большое число мутаций, а кроме того, согласно предварительным данным, риск заражения этим штаммом выше».
Дело депутата Рашкина и планы на Новый год
Важнейшие события и самые горячие темы уходящей недели в репортажах корреспондентов и комментариях экспертов.
Пожар в шахте «Листвяжной» и новый штамм COVID-19
Важнейшие события и самые горячие темы уходящей недели в репортажах корреспондентов и комментариях экспертов.
Может снизить эффективность вакцин на 30%: что известно о новом штамме COVID-19
Всемирная организация здравоохранения созывает срочную встречу для обсуждения нового штамма коронавируса. По словам врачей, он более опасен и легче передается от человека к человеку. Его обнаружили в ЮАР, Ботсване и Гонконге, случаи заражения зафиксированы и в Израиле. По этой причине Тель-Авив объявил об отмене авиасообщения с некоторыми странами Африки. Такие же меры приняли власти Германии и Британии.
Вводить ли локдаун? Эпидемическая ситуация в Германии стремительно ухудшается
В Германии спорят из-за нового локдауна. Несмотря на рост числа заболевших, будущий канцлер Олаф Шольц высказался против карантина. Ангела Меркель, напротив, выступает за всеобщий локдаун. ФРГ стала абсолютным лидером по числу заражений в Европе: за сутки более 76 тысяч случаев.
До 10 тысяч долларов за особь: как готовят и очеловечивают лабораторных мышей
В одном из лучших вивариев страны тысячи лабораторных мышей выращивают в идеально стерильных условиях. У каждой популяции своя миссия. Чтобы на примере грызунов узнать, как болезни влияют на организм человека, их ДНК ученые буквально программируют заново.
Сейчас в Институте цитологии и генетики создают так называемых гуманизированных мышей. Они будут болеть коронавирусом с теми же симптомами, что и человек. Первое потомство появится уже в июне, а пока в пробирках формируют искусственный ген, который и пересадят лабораторным мышам.
Молекулу ДНК с геном человека получают в пробирке — на это уходит две недели. После ученые забирают у мышей яйцеклетки, оплодотворяют их и под микроскопом производят микроинъекцию — добавляют полученную ранее в лаборатории ДНК в ядро. После этого эмбрион возвращают в организм мыши, которая через двадцать дней даст нужное потомство. В итоге именно на этой популяции смогут испытывать вакцины и противовирусные препараты.
Здесь же в институте сейчас изучают новые методы лечения коронавируса. Первые результаты уже есть.
Ученые доказали: остановить быстрое распространение вируса в организме могут препараты против ревматоидного артрита, их уже применяют. Но на этом работу не останавливают — разрабатывают принципиально новое лекарство на основе интерферона. Этот препарат будут испытывать на специально выведенных мышах.
Мышей из Новосибирска сейчас ждут во многих лабораториях страны. Гуманизированная мышь — редкий и дорогой товар на международном рынке биотехнологий. Цены на них достигают десяти тысяч долларов за особь, а выводить таких животных способны всего в нескольких странах мира. Эксперименты с ними позволяют ученым намного быстрее получить результаты своих исследований.
Уже к осени ученые из Новосибирска планируют вывести нужное количество мышей, чтобы проводить бесперебойные исследования в российских лабораториях.