Delen:
Top 10 fascinerende dingen die in een lab zijn gegroeid
Het lijdt geen twijfel dat de wetenschap in de afgelopen 100 jaar ongelooflijke doorbraken heeft gemaakt. Dit geldt met name in de geneeskunde en biologische engineering. Van levensreddende vaccins tot revolutionaire operaties, de wetenschap heeft onze kwaliteit van leven enorm verbeterd.
Vooruitgang vereist onderzoekers om nieuwe oplossingen voor eeuwenoude problemen te innoveren. Achter elke medische ontdekking staat een laboratorium vol fascinerende ideeën. Soms leiden deze experimenten tot ethische vragen. Maar meestal zijn het interessante benaderingen voor vervelende problemen.
En welke oplossing is creatiever dan iets vanuit het niets in een lab te laten groeien? Hier zijn 10 fascinerende, door het laboratorium gekweekte items die we misschien niet hadden verwacht.
10 varkensbeenderen
In 2016 hebben onderzoekers in de VS met succes lab-geconstrueerde botten geïmplanteerd in 14 volwassen Yucatan minivarkens. Geen van de varkens verwierp de nieuwe organen na de operatie. Nogal Het tegenovergestelde. De bloedvaten in de in het lab gegroeide botten integreerden naadloos in de reeds bestaande circulatiesystemen van de varkens.
Hoe was dit allemaal mogelijk?
Om het proces op gang te krijgen, scanden wetenschappers de kaken van de varkens en brachten hun structuren in kaart. Vervolgens maakten ze bijpassende celvrije scaffolds uit koeienbotten. Deze structuren werden geïnjecteerd met de stamcellen van de varkens en geweekt in een voedingsrijke oplossing. Het resultaat was volledig functioneel, levend bot.
9 Rat Limb
Onderzoekers van het Massachusetts General Hospital maakten in 2015 nieuws toen ze in hun lab een volledige ratten voorvoet bouwden. Het was het eerste succesvolle project in zijn soort in de wereld.
De inspanning werd geleid door Dr. Harold Ott, die ook leiding geeft aan het Ott-laboratorium voor orgeltechniek en regeneratie. Hun experiment resulteerde ook in het werken van spierweefsel na slechts 16 dagen.
Hier is hoe ze het deden:
Dr. Ott en zijn team namen een levend rattenbeen en verwijderden al zijn cellen. Dit proces wordt decellularisatie genoemd. Nadat alle levende cellen waren verwijderd, bleven de wetenschappers achter met een eiwitraamwerk voor de ledematen.
Vervolgens injecteerden ze deze structuur met levende cellen die binnen een paar weken spierweefsel en bloedcellen vormden. Om de functionaliteit van de in het laboratorium gekweekte ledemaat te testen, paste het team kleine elektrische ladingen toe op het spierweefsel.
Het resultaat? De spieren in de ledematen samentrokken precies zoals natuurlijk gekweekte organen.
8 Hamburgers
De bijnaam 'schmeat', de eerste in een laboratorium gekweekte burger ter wereld, debuteerde in 2013 in Londen. Het werd in Nederland gecreëerd door Dr. Mark Post, een professor in de vasculaire fysiologie. Zijn doel was om vlees te produceren dat niet leidde tot "onnodig dierenleed en schade aan het milieu", zoals traditionele vleesbronnen doen. Het project kostte hem vijf jaar en $ 325.000 om te voltooien.
Na zijn succes ging Post verder met het vinden van Mosa Meats. Andere bedrijven hebben ook de kans aangegrepen om zelf geteeld vlees te produceren. Memphis Meats, een start-up in San Francisco, ontwikkelde in 2016 gehomologeerde gehaktballetjes. Ze kweekten ook kippenreepjes - een wereldprimeur.
Deze worden echter niet geschat voor het publiek tot 2021. Een ander Californisch bedrijf, Hampton Creek, onthulde plannen om lab-gegroeid vlees tegen 2018 in de winkel te krijgen.
7 Mens-varken Embryo
In Spanje en La Jolla, Californië, heeft een groep wetenschappers van het Salk Institute met succes menselijke cellen gekweekt in een varkensembryo. Het doel van het onderzoek is om uiteindelijk hele menselijke organen te laten groeien, die zullen worden gebruikt voor transplantaties, in andere dieren. Wetenschappers van Salk hebben al verschillende rattenorgels gekweekt in muizenembryo's. Maar dit onderzoek heeft enkele ethische vragen opgeworpen.
In 2015 stopten de VS met het financieren van interscenes chimera-onderzoek met belastinggeld. In de genetica is een chimera een natuurlijk fenomeen waarbij een enkel organisme twee of meer verschillende sets van DNA heeft.
Maar een intersoortige chimera bevat DNA van twee of meer soorten. Dit heeft aanleiding gegeven tot bezorgdheid over de vraag of de varkens of andere dieren geïmplanteerd met menselijke cellen menselijke hersenfuncties zullen ontwikkelen.
Juan Carlos Izpisua Belmonte en zijn team hebben verklaard dat ze "proberen manieren te testen om menselijke cellen te focussen op het maken van specifieke weefsels terwijl ze elke bijdrage aan de hersenen, het sperma of de eieren vermijden".
6 Muis Sperma
In 2016 produceerden wetenschappers van het Institute of Zoology van de Chinese Academie van Wetenschappen levenskrachtig muizensperma uit stamcellen. Om dit te doen, haalden ze stamcellen uit muizen en introduceerden ze aan testiculaire cellen van pasgeboren muizen.
Qi Zhou en Xiao-Yang Zhao, die het experiment hebben geleid, hebben de stamcellen ook blootgesteld aan verschillende chemicaliën die betrokken zijn bij de ontwikkeling van sperma. Dit omvat testosteron, een hormoon om de follikelgroei te induceren en een groei-inducerend hormoon uit de hypofyse.
In ongeveer twee weken hadden de wetenschappers volledig functionele zaadcellen ontwikkeld. Ze implanteerden het sperma in levensvatbare eieren en brachten de zygoten over naar vrouwelijke muizen.
Uit dit experiment zijn negen muispups geboren, waarvan sommige later zelfstandig zijn gereproduceerd. Hoewel het nog steeds niet zo efficiënt is als kunstmatige inseminatie met behulp van natuurlijk sperma (3 procent slagingspercentage vergeleken met 9 procent), is dit onderzoek veelbelovend voor toekomstige vruchtbaarheidsbehandelingen.
5 Bloedstamcellen
Twee afzonderlijke teams van wetenschappers hebben nieuwe benaderingen ontwikkeld voor het maken van bloedstamcellen. Een team, gebaseerd op het Boston Children's Hospital, werd geleid door George Daley. Deze groep begon met menselijke huidcellen en "herprogrammeerde" ze om iPS (geïnduceerde pluripotente stamcellen) te worden. Een iPS-cel is een kunstmatig gemaakte, universele stamcel.
Het team van Daley injecteerde vervolgens de iPS-cellen met transcriptiefactoren, genen die zijn ontworpen om andere genen te controleren. Daarna werden de gemodificeerde iPS-cellen geïmplanteerd in muizen om zich te ontwikkelen. (Als je het bijhoudt, maakt dat die muizen interspecies tot chimaera's.)
Na 12 weken hadden deze onderzoekers iets gemaakt dat slechts een voorloper was van bloedstamcellen. Maar het tweede team deed het nog beter.
In Weill Cornell Medical College hebben Shahin Rafii en zijn team iPS-creatie overgeslagen. In plaats daarvan namen ze cellen van bloedvaten in volwassen muizen en injecteerden ze met vier transcriptiefactoren. Daarna verplaatsten ze de cellen naar petrischalen die waren uitgerust om de omgeving binnen een menselijk bloedvat te recreëren.
Deze cellen worden omgezet in bloedstamcellen. De stamcellen van dit experiment waren zo krachtig dat ze een groep muizen compleet hadden genezen die leden aan een laag aantal bloedcellen vanwege bestralingsbehandelingen.
4 Apple Ears
In 2016 heeft de Canadese biofysicus Andrew Pelling en zijn team aan de Universiteit van Ottawa met succes appels gekweekt met behulp van menselijk weefsel. Met behulp van een decellularisatietechniek om bestaande cellen uit de appel te verwijderen, bleven ze achter met de cellulose "steigers" van de appel. Trouwens, die cellulose is wat appels hun bevredigende knelpunt geeft.
Pelling en zijn team knipten een oorvormig stukje celvrije appel uit en injecteerden het met menselijke cellen. De cellen bevolken de structuur en creëerden een oorschelp (het buitenste deel van het oor).
De motivatie voor het experiment was om goedkopere implantaten te maken. Volgens Pelling is zijn in het laboratorium gekweekt materiaal ook minder problematisch dan conventionele biologische materialen die worden gebruikt voor implantaten, die vaak afkomstig zijn van dieren of lijken.
Deze techniek is niet beperkt tot appels. Hij heeft ook gekeken naar het repliceren van zijn bevindingen in bloembloemblaadjes, asperges en andere groenten.
3 Konijnenpen
In 2008 begeleidde Dr. Anthony Atala van het Wake Forest Institute for Regenerative Medicine een groep parende konijnen. Maar dit was geen groep konijnen. De mannetjes kregen allemaal in het lab gegroeide penissen, een idee waar hij sinds 1992 aan werkte.
Van de 12 konijnen die bioontwikkelde penissen kregen, probeerden ze allemaal te paren. Acht van de konijnen ejaculeerden met succes en vier konijnen hadden nakomelingen.
Tegen 2014 hadden Atala en zijn team zes menselijke penissen gecreëerd met de hoop FDA-goedkeuring te krijgen voor transplantatie bij de mens. De wetenschappers zetten de in het laboratorium gekweekte orgels door rigoureus testen, met behulp van een machine om ze te trekken en in te drukken om ervoor te zorgen dat ze de dagelijkse slijtage doorstaan.
Het team heeft ook machines opgezet om vloeistof door de organen te pompen om ervoor te zorgen dat ze erecties aankunnen. Vanaf 2017 had de Amerikaanse Food and Drug Administration de in het lab gekweekte organen voor menselijke transplantatie in de algemene bevolking niet goedgekeurd.
2 Vaginas
Dr. Anthony Atala en zijn team groeiden ook menselijke vagina's in hun laboratorium. Deze organen werden vervolgens geïmplanteerd in vier tieners in Mexico die een aandoening hadden waardoor ze werden geboren zonder vagina.
Om de orgels te bouwen, nam Atala's team een klein stukje weefsel van elk meisje. Vervolgens creëerden ze een aangepaste biologisch afbreekbare scaffold en injecteerden deze met cellen die waren gegroeid uit de oorspronkelijke weefselmonsters.
De eerste van deze operaties werd in 2005 voltooid. De follow-ups met de vrouwen lieten geen complicaties op de lange termijn van de operaties zien. Alle vier de vrouwen rapporteerden over normaal seksueel functioneren. Echter, slechts twee van de vrouwen hebben baarmoeders. Het is onduidelijk of de resterende twee kinderen zullen kunnen krijgen.
1 Brain Balls
Sergiu Pasca aan de Stanford University heeft een mini-brein gedurende twee volledige jaren in leven gehouden. Wetenschappers noemen het een cerebrale organoïde. Slechts ongeveer 4 millimeter (0,16 in) in diameter, deze kleine klonter van menselijk hersenweefsel werd gekweekt in het laboratorium van stamcellen. Met de juiste hormonen kunnen onderzoekers het weefsel overhalen om uit te groeien tot structuren die bijna dezelfde delen van de hersenen nabootsen.
Het grootste verschil tussen de real deal en deze mini-tegenhangers?
De in het laboratorium gekweekte hersenen hebben geen bloedvaten of witte bloedcellen en volgen niet de typische ontwikkelingspatronen van neuronen. In plaats daarvan stoppen ze met rijpen met het equivalent van het eerste trimester van menselijke ontwikkeling. Dat is tenminste het geval met cerebrale organoïde neuronen.
Er zijn niet-neurale cellen in de hersenen die astrocyten worden genoemd en die erin slagen om volledige volwassenheid te bereiken in de in een laboratorium gekweekte organoïden. Astrocyten zijn helpercellen die verbindingen creëren en verminderen tussen neuronen als dat nodig is. Ze maken ook verbindingen met bloedvaten die naar en uit de hersenen leiden en spelen een cruciale rol bij het waarnemen van letsel.
Verder onderzoek naar deze hersenballen zou kunnen helpen om de mechanismen achter de ziekte van Lou Gehrig en verschillende neurologische ontwikkelingsstoornissen te ontsluiten.