Del:
Top 10 fascinerende ting vokset i et laboratorium
Der er ingen tvivl om, at videnskaben har lavet utrolige gennembrud i de sidste 100 år. Dette gælder især inden for medicin og bioteknologi. Fra livreddende vacciner til revolutionerende operationer har videnskaben væsentligt forbedret vores livskvalitet.
Fremskridt kræver, at forskerne fornyer nye løsninger på alderlige problemer. Bag enhver medicinsk opdagelse er der et laboratorium fyldt med fascinerende ideer. Nogle gange rejser disse eksperimenter etiske spørgsmål. Men for det meste er de interessante tilgange til irriterende problemer.
Og hvilken løsning er mere kreativ end at vokse noget i et laboratorium fra bunden? Her er 10 fascinerende lab-dyrede genstande, som vi måske ikke har forventet.
10 griseben
I 2016 implanterede forskere i USA succesfuldt lab-engineered ben til 14 voksne Yucatan mini grise. Ingen af griserne afviste de nye organer efter operationen. Tværtimod. Blodkarrene inden for de lab-voksne knogler integrerede sig uden problemer i grisens allerede eksisterende kredsløbssystemer.
Hvordan var alt dette muligt?
For at få processen i gang, scannede forskerne svinernes kæbeknogler og kortlagde deres strukturer. De skabte derefter matchende cellefri stilladser ud af koben. Disse strukturer blev injiceret med grisens stamceller og gennemblødt i en næringsrig løsning. Resultatet var fuldt funktionelt, levende ben.
9 Rat Limb
Forskere ved Massachusetts General Hospital lavede nyheder i 2015, da de voksede en hel rottebenben i laboratoriet. Det var det første succesfulde projekt af sin art i verden.
Arbejdet blev ledet af Dr. Harold Ott, som også leder Ott laboratoriet for organteknik og regenerering. Deres forsøg resulterede også i at arbejde muskelvæv efter kun 16 dage.
Sådan har de gjort det:
Dr. Ott og hans hold tog et levende rotteben og fjernede alle sine celler. Denne proces kaldes decellularisering. Når alle levende celler blev fjernet, blev forskerne tilbage med et proteinramme for lemmerne.
De injicerede derefter denne struktur med levende celler, der dannede muskelvæv og blodlegemer inden for få uger. For at teste funktionaliteten af det lab-voksne lem, anvendte teamet små elektriske ladninger til muskelvævet.
Resultatet? Musklerne i lemmen kontraherede nøjagtigt som naturligt dyrkede organer ville.
8 Hamburgere
Kælenavnet "schmeat", den første lab-voksne burger i verden debuterede i London i 2013. Den blev oprettet i Holland af Dr. Mark Post, professor i vaskulær fysiologi. Hans mål var at producere kød, der ikke forårsagede "urimeligt dyrs lidelse og miljøskader" som traditionelle kødkilder gør. Projektet tog ham fem år og $ 325.000 for at fuldføre.
Efter sin succes gik Post videre til at finde Mosa Meats. Andre virksomheder hoppede også på chancen for at producere deres egenproducerede kød. Memphis Meats, en opstart i San Francisco, skabte lab-dyrkede kødboller i 2016. De voksede også kyllingestrimler - en verden først.
Disse skønnes imidlertid ikke at være tilgængelige for offentligheden frem til 2021. Et andet California-selskab, Hampton Creek, afslørede planer om at få lab-dyrket kød på butikshylder inden 2018.
7 Human-Pig Embryo
I Spanien og La Jolla, Californien, voksede en gruppe forskere ved Salk Instituttet med succes menneskelige celler inde i et griseembryo. Målet med forskningen er at til sidst vokse hele menneskelige organer, som vil blive brugt til transplantationer, inden for andre dyr. Forskere ved Salk har allerede vokset flere rotteorganer inde i musembryoer. Men denne forskning har rejst nogle etiske spørgsmål.
I 2015 stoppede USA med at finansiere interspecifik kimærforskning med skatteydernes dollars. I genetik er en kimær et naturligt forekommende fænomen, hvor en enkelt organisme har to eller flere forskellige sæt DNA.
Men en interspecies kimær indeholder DNA fra to eller flere arter. Dette har rejst bekymringer over, om svinene eller andre dyr, der er implanteret med humane celler, vil udvikle menneskelige hjernefunktioner.
Juan Carlos Izpisua Belmonte og hans team har udtalt, at de har til formål at "teste måder at fokusere på menneskelige celler på at lave specifikke væv, samtidig med at man undgår noget bidrag til hjernen, sæd eller æg."
6 musesæd
I 2016 producerede forskere ved Zoologisk Institut ved Det Kinesiske Videnskabsakademi levedygtig musesæd fra stamceller. For at gøre dette ekstraherede de stamceller fra mus og introducerede dem til testikelceller fra nyfødte mus.
Qi Zhou og Xiao-Yang Zhao, som ledede eksperimentet, udsatte også stamcellerne for adskillige kemikalier involveret i sædudvikling. Dette omfatter testosteron, et hormon til at inducere follikelvækst og et vækstfremkaldende hormon fra hypofysen.
Omkring to uger havde forskerne udviklet fuldt funktionelle sædceller. De implanterede sædcellerne i levedygtige æg og overførte zygoterne til hunmus.
Ni musepupper blev født ud af dette forsøg, hvoraf nogle senere reproducerede alene. Selvom det stadig ikke er så effektivt som kunstig insemination ved hjælp af naturlig sæd (3 procent succesrate i forhold til 9 procent), indeholder denne forskning lov om fremtidige fertilitetsbehandlinger.
5 blodstamceller
To separate hold af forskere udviklede nye tilgange til at skabe blodstamceller. Et team, der var baseret på Boston Children's Hospital, blev ledet af George Daley. Denne gruppe startede med humane hudceller og "omprogrammeres" dem til at blive iPS (inducerede pluripotente stamceller). En iPS-celle er en kunstigt fremstillet universel stamcelle.
Daleys team injicerede derefter iPS-cellerne med transkriptionsfaktorer, som er gener designet til at kontrollere andre gener. Derefter blev de modificerede iPS-celler implanteret i mus for at udvikle sig. (Hvis du holder styr på, det gør disse mus interspecies kimærer.)
Efter 12 uger havde disse forskere skabt noget, der kun var en forløber for blodstamceller. Men andet hold gik endnu bedre.
I Weill Cornell Medical College slap Shahin Rafii og hans team over iPS-skabelsen. I stedet tog de celler fra blodkar i voksne mus og injicerede dem med fire transkriptionsfaktorer. Derefter flyttede de cellerne i petriskåle, der var udstyret med at genskabe miljøet i et humant blodkar.
Disse celler transformeres til blodstamceller. Stamcellerne fra dette eksperiment var så kraftfulde, at de helt helbredte en gruppe mus, der lider af et lavt blodcelletal på grund af strålingsbehandlinger.
4 æbleører
I 2016 voksede canadiske biophysicist Andrew Pelling og hans team ved University of Ottawa med succes menneskeligt væv ved hjælp af æbler. Ved hjælp af en decellulariseringsteknik til fjernelse af eksisterende celler fra æblet blev de efterladt af æblecellulose "stilladser". Forresten er cellulosen det, der giver æbler deres tilfredsstillende crunch.
Pelling og hans team skarrede et øreformet stykke cellefri æble og injicerede det med humane celler. Cellerne befolket strukturen og skabte en auricle (den ydre del af øret).
Begrundelsen for eksperimentet var at skabe billigere implantater. Ifølge Pelling er hans lab-dyrket materiale også mindre problematisk end konventionelle biologiske materialer, der anvendes til implantater, som ofte kommer fra dyr eller døde kroppe.
Denne teknik er ikke begrænset til æbler. Han har også set på at replikere sine resultater i blomsterblad, asparges og andre grøntsager.
3 kanin penis
I 2008 chaperoned Dr. Anthony Atala fra Wake Forest Institute for Regenerative Medicine en gruppe parringskaniner. Men det var ikke nogen gruppe af kaniner. Hannerne havde alle fået lab-grown peniser, en ide han havde arbejdet på siden 1992.
Af de 12 kaniner, der fik bioengineered peniser, forsøgte alle at parre. Otte af kaninerne udlevede succesfuldt, og fire kaniner havde afkom.
I 2014 havde Atala og hans team skabt seks menneskelige peniser med håb om at få FDA godkendelse til human transplantation. Forskerne sætter de lab-dyrkede organer gennem streng testning, ved hjælp af en maskine til at trække og klemme dem for at sikre, at de holder op til hverdagens slitage.
Holdet opretter også maskiner til at pumpe væske gennem organerne for at sikre, at de kan håndtere erektioner. Fra 2017 havde US Food and Drug Administration ikke godkendt de lab-dyrkede organer til human transplantation i den generelle befolkning.
2 Vaginas
Dr. Anthony Atala og hans team voksede også menneskelige vaginer i deres lab. Disse organer blev derefter implanteret i fire teenagere i Mexico, som havde en lidelse, der havde fået dem til at blive født uden vaginer.
For at opbygge organerne tog Atalas hold en lille vævsprøve fra hver pige. Derefter skabte de et brugerdefineret bionedbrydeligt stillads og injicerede det med celler, der var vokset fra de oprindelige vævsprøver.
Den første af disse operationer blev afsluttet i 2005. Opfølgning med kvinderne viste ingen langsigtede komplikationer fra operationerne. Alle fire kvinder rapporterede normal seksuel funktion. Dog har kun to af kvinderne livmoder. Det er uklart, om de resterende to vil være i stand til at bære børn.
1 hjerneboller
Sergiu Pasca på Stanford University har holdt en mini-hjerne i live i to fulde år. Forskere henviser til det som en cerebral organoid. Kun omkring 4 millimeter (0,16 inch) i diameter blev denne lille klump af humant hjernevæv dyrket i laboratoriet fra stamceller. Med de rigtige hormoner kan forskere koaksere vævet for at vokse til strukturer, der næsten efterligner dele af hjernen.
Den største forskel mellem den reelle aftale og disse mini kolleger?
De lab-dyrede hjerner har ikke blodkar eller hvide blodlegemer, og de følger ikke typiske neuroplaneringsmønstre. I stedet stopper de modningen mod det første trimester af menneskelig udvikling. I det mindste er det tilfældet med cerebrale organoid neuroner.
Der er nonneurale celler i hjernen kaldet astrocytter, der klarer at nå fuld modenhed i de lab-dyrkede organoider. Astrocytter er hjælperceller, der skaber og reducerer forbindelser mellem neuroner efter behov. De laver også forbindelser med blodkar, der fører ind i og ud af hjernen og spiller en afgørende rolle i at mærke skader.
Yderligere undersøgelse af disse hjerneboller kunne hjælpe med at låse op for mekanismerne bag Lou Gehrigs sygdom og flere neuro-udviklingsmæssige lidelser.