Jsme zvyklí na sebe myslet jako na hotový produkt. Dokončení možná není přesně to, co bychom chtěli, ale není možné ho obejít. Z jednoho oplodněného vajíčka se vyvíjíme v procesu postupné tvorby buněk a tkání, dokud nepřijdeme na tento svět a trháme se v křiku a slintání. A od té chvíle začíná dlouhý a obyčejný příběh, který končí bez zubů, „bez očí, bez vkusu, bez všeho“.
Ale tento starodávný shakespearovský příběh o vadnutí, zchátralosti, úpadku a v důsledku toho zapomnění již není přesným odrazem reality. Nyní máme prostředky k opravě a výměně poškozené tkáně. Mluvím z vlastní zkušenosti. Během posledních několika měsíců jsem sledoval, jak se kousek mého těla, který byl vyříznut z mé ruky, změnil ve strukturu zvanou „organoid“, miniaturní orgán. V mém případě se stala strukturou, kterou někteří nazývají mini-mozek - má velikost zmrazeného hrachu a vykazuje mnoho charakteristických znaků skutečného mozku, který roste v nitroděložním plodu. Viděl jsem důkazy, že neurony v takové tkáni mohou střílet záblesky a navzájem si vysílat signály. Bylo by příliš poetické nazývat tyto signály myšlenkami,ale jsou „podstatou myšlenky“.
Moje tělo by mohlo být něčím jiným, kdyby vědci učinili toto rozhodnutí. Může se stát organoidem ledviny nebo strukturou podobnou nějaké části srdce nebo slinivky břišní. Mohlo by se to změnit na tkáň citlivou na světlo, jako je sítnice. Na základě dostupných důkazů bylo zjištěno, že by se mohla stát vejcem nebo spermatem nebo něčím jako skutečné embryo, počátkem živé bytosti. Mohla se stát jakoukoli částí nebo všemi částmi „mě“. V důsledku toho existuje technologie, která umožňuje podnítit fantazie a zasadit lákavou myšlenku podvádět smrt obnovením nemocného organismu nebo dokonce vytvořením nového, pěstovaného v laboratoři, který nahradí starý.
V roce 200. výročí vydání románu Mary Shelleyové Frankenstein by bylo snadné si představit vše groteskní, ne-li apokalyptické. Řekněme, že si představujeme lidi pěstované na objednávku v baňkách, jako je Centrální líheň v dystopickém románu Aldous Huxley Brave New World. Ale moje mini mozky (je jich několik) byly vypěstovány pro dobrou věc. Jsou součástí projektu Created Out of Mind, financovaného nezávislou mezinárodní charitou Wellcome Trust, jejímž cílem je rozšířit naše znalosti o demenci a zásadách péče o ty, kteří jí trpí. Vědci, kteří vytvořili tyto organely, studují genetický základ neurodegenerativních poruch, které způsobují demenci. V této studii bude použit můj mini mozek, což znamená, že pravděpodobně budejednoho dne pomůže zpomalit proces vypínání mozku u jiných lidí.
* * *
Existují zvířata, jako je mlok, který je schopen obnovit celou ztracenou končetinu, skládající se z mnoha druhů tkání. Naše lidské tělo je schopné regenerovat pokožku, když se uzdraví malé rány, ale jinak je v nejlepším případě schopno vytvářet pouze jednotlivé malé „skvrny“drsné tkáně jizvy. Pokud však orgán selže, nelze jej obnovit a zemřít. Můžeme přežít s dárcovským štěpem nebo s mechanickou protézou. Ale rostoucí tkáň k získání různých typů buněk a případně jako výsledek - celé miniaturní organely nyní umožňuje člověku zpřístupnit schopnost regenerace, kterou má například mlok. Tyto techniky mají nejen ohromný potenciál v medicíně, ale také vyvracejí přesvědčení, která se za ta léta vytvořila.
Pokud to zní hrozně a odrazující, je to jen proto, že jsme ne internalizovali pravdu, do které nás Frankenstein přinutil nahlédnout. Tato pravda je, že jsme stvořeni z hmoty a tato hmota nějak překračuje sama sebe a vytváří mysl vykukující z její skořápky. Stále nevíme, kde v tomto tvoru z masa je jeho podstata, jeho „já“. Nové vědy o „přeprogramování buněk“otřásají myšlenkami o tom jako nikdy předtím - v podobě, v jaké jsou zakořeněny v mém vědomí, doslova intuitivně.
Loni v červenci mi vědci z Neurologického ústavu na University College London (UCL) vyřízli z pravého ramene malý kousek měkké tkáně. To bylo provedeno v mírné lokální anestezii a nic jsem necítil. Buňky z podkožní vrstvy byly důležitým prvkem této biopsie. Nazývají se fibroblasty a jsou hlavními „zdroji“pojivové tkáně v těle. Tvoří kůži a jsou klíčovými buňkami podílejícími se na hojení ran. Neurologové z UCL Selina Wray a Christopher Lovejoy odebrali fibroblasty ode mě a umístili je do malých Petriho misek s červeným roztokem obsahujícím živiny nezbytné pro reprodukci buněčného růstu.
Propagační video:
O dva měsíce později jsem byl schopen podívat se mikroskopem na kolonii fibroblastů vyrůstající z temné hmoty kousku tkáně v ruce. Tyto protáhlé buněčné struktury vyrašily z tkáně v rovnoměrných řadách, jako by někam mířily.
Jak opravdu nové bylo to, co jsem viděl? V dnešní době je základní schopnost pěstovat buňky v kultuře dlouho známá. Mělo by se připustit, že jakmile to bylo považováno za zázrak, vyznačuje se zvláštním tajemstvím. Když v roce 1912 francouzský chirurg Alexis Carrel poprvé oznámil, že mu rostly „nesmrtelné“buňky z tkáně kuřecího srdce, noviny začaly tisknout senzační články, že smrt již není nevyhnutelná. Ukázalo se, že tyto senzační články byly hrubě přehnané. Ale pěstování „mini-mozku“z buněk odebraných z mé kůže je úplně jiný podnik než obvyklá kultivace sklizených buněk.
Ray a Lovejoy budou muset přeměnit mé kožní fibroblasty na neurony - mozkové buňky. Dělají to ve dvou krocích. Nejprve je přemění na buňku, která může během vývoje vytvořit jakoukoli tkáň, a poté je nasměruje na buňky požadovaného typu. Abyste pochopili, jak k tomu dochází, měli byste vědět, že všechny živé buňky v lidském těle obsahují stejnou úplnou sadu „pokynů“- kódovaných v DNA, které jsou umístěny ve 23 párech chromozomů a jsou rozděleny do sekcí nazývaných geny, z nichž každá vykonává naše biochemické procesy konkrétní funkce. V zásadě má každá buňka stejný kompletní kód jako všechny ostatní. Samozřejmě ve zralém organismu různé typy buněk skutečně plní různé úkoly. K tomu jsou různé geny „zapnuty“a „vypnuty“. S takovým přepínačem se vytvoří buňka jednoho typu (mozek, kůže, svaly, jaterní buňky atd.), A ne další.
Hodně z tohoto přepínání genů (neboli „regulace“) se provádí pomocí proteinových molekul nazývaných transkripční faktory. Sami jsou kódováni v genech: to znamená, že samotný genom obsahuje pokyny pro vytváření transkripčních faktorů, které jej regulují. Abychom regulovali aktivitu genů, vytvářejí naše buňky neustále různé transkripční faktory. Z tohoto důvodu se různé typy buněk chovají odlišně. Kromě toho se změnou genů může jedno oplodněné vejce proměnit v organismus složený z mnoha různých tkání.
Nejstarší buňky rostoucího embrya, nazývané embryonální kmenové buňky, se mohou vyvinout do jakéhokoli druhu tkáně: říká se o nich, že jsou „pluripotentní“, a můžeme říci, že stále obsahují veškerý svůj genetický potenciál. Jakmile se však embryo promění v plod a poté v dítě, buňky se začnou organizovaně a na správném místě diferencovat na typy buněk se specifickou funkcí - srdce, játra, mozkové buňky.
Můžeme zasahovat do programování chování buněk. Například v případě genové terapie, jejímž cílem je opravit „defektní“gen přidáním do buněk další malý kousek DNA, který kóduje normálně fungující formu tohoto genu.
Ale pěstování „mini-mozku“z tkáně vyříznuté z mé ruky vyžaduje něco působivějšího než pouhé „zafixování“části genetických pokynů buňky. Tento proces začíná úplným „restartem“programu buňky - nejspíše resetováním všech těch vypínačů, které definují konkrétní účel buňky. Ukazuje se, že to lze provést pouze pomocí několika konkrétních transkripčních faktorů. Ray a Lovejoy vkládají geny, které kódují a produkují tyto faktory - malé kousky DNA - do buněk odebraných z mé ruky pomocí slabých elektrických polí. Pod jejich vlivem se po nějakou dobu v buněčných membránách vytvářejí díry, kterými může proklouznout další DNA.
S pomocí těchto biochemických „zpráv“zaslaných Lovejoyem a Rayem do mých fibroblastů se tyto buňky vrátily do stavu kmenových buněk, podobně jako buňky raného embrya, schopné transformovat se do tkání jakéhokoli typu. Říká se jim indukované pluripotentní kmenové buňky. Vědci je získávají z lidských buněk od roku 2007. Předtím to většina odborníků považovala za nemožné.
* * *
Osoba, která změnila názor na tento problém, byl japonský vědec Shinya Yamanaka. Nepracoval v oblasti buněčné biologie, ale v klinické medicíně a pravděpodobně proto mu bylo snazší přemýšlet o něčem neuvěřitelném a přemýšlet o tom, zda je možné přeprogramovat již diferencované buňky na kmenové buňky.
Již v 60. letech 20. století experimenty se žabami poskytly první údaje naznačující, že fixaci buněk lze zvrátit. Britský biolog John Gurdon vzal žabí vejce, odstranil z nich chromozomy a vložil chromozomy odebrané z buněk dospělých žab. Ukázalo se, že tato vejce pak mohla být oplodněna a pěstována z nich pulci a žáby. Chromozomy, které byly v dospělých buňkách regulovány (všemi těmito chemickými zapnutími a vypnutími), aby vykonávaly určité funkce, se zjevně omlazovaly uvnitř vajec, aby mohly znovu řídit růst všech druhů nových zvířecích tkání. Tato metoda přenosu chromozomů z dospělých buněk byla použita v roce 1996 ke klonování ovcí Dolly.
Vzhledem k dříve úspěšným výsledkům začala Yamanaka analyzovat transkripční faktory, které byly produkovány v embryonálních kmenových buňkách. Možná, místo toho, abychom zjistili, co se přesně stalo s chromozomy diferencovaných buněk, zachytili specifické vzorce jejich genové aktivity a pokusili se to všechno zvrátit, stačí jen přidat novou dávku těchto faktorů, abychom „přesvědčili“buňky, že jsou kmenovými buňkami? Tato hypotéza vypadala spekulativně, ale fungovala. Yamanaka objevil, že pokud byly geny kódující některé z těchto faktorů přidány do diferencovaných lidských buněk (nakonec se ukázalo, že stačily pouze čtyři), tyto buňky se vrátily do stavu podobného kmenovým buňkám.
Díky tomuto objevu bylo možné v laboratoři vytvářet tkáně a případně celé orgány. Pokud si vypěstujete tkáně nebo orgány z vlastních buněk příjemce (řekněme z fibroblastů ve vzorku tkáně odebraném z mé ruky), nenastanou žádné problémy kvůli odmítnutí transplantace dárcem imunitním systémem. Uměle pěstované lidské tkáně by navíc mohly být použity k testování toxicity léků - bez jejich testování na zvířatech. Faktem je, že testy na zvířatech poskytují nejen nejednoznačné výsledky, ale také je nelze vždy použít, protože jiné živé organismy nejsou vždy vhodné pro testování reakce člověka.
Praktický potenciál tohoto objevu byl obrovský. Kromě toho však Yamanaka objevila důležitější pravdu. Naše tkáně a těla jsou pružnější, než jsme si mysleli. Vaše měkké tkáně a kosti mohou být přeměněny na jiné typy tkáně. Kosti mohou být vytvořeny z prsních buněk, mozek z krevních buněk. Najednou vyšlo najevo, že byla zpochybněna celá neměnnost struktur lidského těla.
Udělejte si čas, něco ještě divnějšího na vás čeká.
* * *
Těsně před Vánocemi, šest měsíců po zahájení našeho experimentu, mi Ray a Lovejoy ukázali kmenové buňky získané z mých fibroblastů. Ty podlouhlé útvary, které jsem předtím viděl, zmizely. Živný roztok nyní obsahoval kompaktní shluky menších buněk. Vědci dokázali pomocí molekulárních markerů, které se lepí na specifické proteiny a září různými barvami, když na ně světlo směřuje, ukázat, že jsou nyní zapnuty geny specifické pro kmenové buňky. První etapa byla dokončena; dalším krokem bylo přimět buňky, aby se změnily na neurony.
Typicky by kmenové buňky měly být zacíleny na transformaci na konkrétní typ tkáně pomocí chemických spouštěčů - například přidáním dalších transkripčních faktorů specifických pro cílové buňky. Vytváření neuronů je ale relativně snadné, protože se jeví jako výchozí: pokud se kmenové buňky v laboratoři začnou spontánně odlišovat, je velká šance, že se stanou neurony. Ve skutečnosti jsem to viděl i ve svém vlastním vzorku tkáně. Sem tam bylo vidět jednotlivé buňky oddělené od kompaktního klastru. Všiml jsem si, že jedna z těchto jednotlivých buněk začala klíčit - dlouhé, tenké větve, které mají nervové buňky a které obvykle končí synapsemi, kde si tyto neurony navzájem přenášejí elektrické signály.
Pokud by se tyto indukované kmenové buňky jednoduše proměnily ve shluky identických neuronů, nebyl by žádný důvod nazývat výsledné tkáně „mini-mozky“. Náš mozek takový vůbec není. Jsou to složité struktury obsahující několik různých typů neuronů, které produkují elektrické signály. Jiné mozkové buňky nejsou neurony - například gliové buňky, které pomáhají strukturovat mozek a vykonávat podpůrné, ochranné, trofické a další funkce. Existují také neurální kmenové buňky - částečně diferencované kmenové buňky zaměřené na vytváření různých typů mozkových buněk, které poskytují mozku schopnost přizpůsobit se měnícím se okolnostem - a někdy částečně obnovují poškozené funkce.
Spolu s otázkou rozmanitosti buněk v mozkové tkáni vyvstává otázka, jak všechny fungují. Mozek obsahuje různé struktury a je pozoruhodné, že mini-mozek replikuje některé z nich. Tato organizace tkáně naznačuje, že neurony a jiné typy mozkových buněk samy „vědí“, jak se uspořádat, aby vytvořily mozek. Někdy toto zarovnání buněk zahrnuje skutečný pohyb buňky: buňky se pohybují kolem sebe, aby našli své správné místo - obvykle vedle jiných buněk svého typu. Ale takové „sebezhromažďování“vyžaduje orientační body a orgány vyvíjející se v embryu používají okolní tkáně jako systém orientačních bodů. Mozkové buňky například takové signály potřebují, aby věděly, kde by měl mozkový kmen „růst“, nebo aby odlišily přední mozek od zad.
Mini-mozek má určitou strukturu, ale nepřijímá zcela správný tvar. Například tvoří dřeňové trubice - ale pokud se objeví jen jedna z nich a pohybuje se po páteři ve skutečném embryonálním mozku, aby vytvořil centrální nervový systém, mini-mozek vytvoří náhodně několik trubiček - je to, jako by hledal neexistující páteř.
Z tohoto důvodu někteří vědci oprávněně nesouhlasí s tím, aby byl neurální organoid nazýván „mini-mozkem“. Pokud ale organely nejsou mozky v pravém slova smyslu, „dělají“vše pro to, aby se jimi staly. A vědci, kteří se podílejí na jejich tvorbě, pravděpodobně vytvoří struktury, které se opravdu více podobají mozku, jakmile najdou způsoby, jak napodobit některé „orientační“směry v Petriho misce.
Můj mini-mozek takové výhody nemá - bude to jen hrubý náčrt mozku. Ale tak či onak je naživu. A neurony mohou navzájem komunikovat vysíláním elektrických signálů. Ray to plánuje demonstrovat pomocí speciálních metod k detekci výbuchů iontů vápníku uvolněných na spojích synapsí, podobných těm, které lze pozorovat v tkáni skutečného mozku. Mně osobně je jedno, že jsou to „myšlenky“. Více mě znepokojuje, že vše, co se v současné době děje v mém (skutečném) mozku, je výsledkem (pokud víme) právě takového procesu.
Pěstování organel, jako jsou mini mozky mimo tělo, je potenciálně jen prvním krokem v regeneraci těla. Schopnost pěstovat tkáň v laboratoři se zdá být užitečná a dokonce životně důležitá - představte si pankreas pěstovaný v laboratoři z diabetických buněk, ale geneticky „upravený“a schopný produkovat inzulín. Ale plně vytvořené orgány potřebují přísun krve a my nevíme, jak jej zajistit v buněčné kultuře v laboratoři. A některé tkáně pěstované v buněčné kultuře, jako je mozková tkáň nebo srdeční sval, nelze jednoduše zavést - musí být plně integrovány do stávajících buněčných systémů. A také nevíme, jak to udělat.
Je pravda, že nyní vědci studují možnost pěstování nových tkání přímo uvnitř těla. K tomu lze použít stejné metody, jaké se používají k přeprogramování buněk, aby se vrátily do stavu podobného stavu kmenových buněk, a poté je nasměrovat k získání nových charakteristik. Toto „přeprogramování in vivo“již bylo provedeno v experimentech na myších - jaterní buňky se přeměňují například na buňky pankreatu nebo buňky srdečních fibroblastů - na buňky kardiostimulátoru.
Ale dvoustupňový proces přeměny obyčejné buňky na kmenovou buňku a poté na jiný typ buňky, navržený Rayem a Lovejoyem, je plný rizik, pokud to uděláte přímo v těle. Kmenové buňky, které jsou schopné přeměny na různé tkáně, mohou být náchylné k přeměně na rakovinné buňky. Vědci však pozoruhodně zjistili, že se správnou kombinací transkripčních faktorů a molekulárních signálů mohou „přeskočit“fázi kmenových buněk, tj. Fázi pluripotence, a přepnout jeden typ zralých buněk přímo na jiný. Řekněme, že vytváříme neurony přímo z krevních buněk. Místo toho, abyste zpozdili vývoj buněk a poté znovu zahájili jejich vývoj jiným směrem, jednoduše skočte na stranu a přepněte na jiný typ tkáně. Testování na zvířatech je povzbudivéa nyní se řeší otázka provádění klinických studií na lidech při regeneraci poškozeného srdečního svalu.
Možnosti tohoto druhu přeprogramování buněk v těle jsou ohromující. Naše tělo jednoho dne získá schopnost regenerace - jako ti mloci, kteří obnovují jejich ztracené končetiny. Oblasti mozku poškozené úrazem nebo onemocněním, jako je Alzheimerova choroba, lze opravit výběrem jiných než neuronálních mozkových buněk (například gliových buněk) a jejich přeměnou na funkční neurony. A protože jsou tyto buňky vytvořeny na místě jejich původní lokalizace, je alespoň možné, že se budou lépe integrovat do okolního buněčného systému. V každém případě k tomu dojde, když je srdeční sval přeprogramován - stahuje se synchronizovaně se zbytkem srdce.
* * *
Kromě potenciálních aplikací v medicíně tyto objevy naznačují potřebu přehodnotit vaše chápání živého organismu. Pokud se z jater mohou stát svaly, z krve mozek a z kůže se může stát kostní tkáň, jak bychom měli myslet na náš smrtelný život a odchod do jiného světa? Rány se samozřejmě mohou hojit, vlasy dorůst - ale už jsme dospěli k přesvědčení, že máme jen jedno tělo. Ale jakmile se buňky stanou plně univerzálními a schopnými se přizpůsobit, již není zcela jasné, zda tomu tak skutečně je.
Co je tedy lidská podstata - biologické „já“? To zjevně není to, co společnosti zabývající se genetickým testováním, jako je 23andMe, trvají na tom, že „vás činí tím, kým jste,“ale vaše jedinečná genetická sekvence. Stali jste se tím, kým jste, jen díky způsobu, jakým byla tato genetická sekvence v různých buňkách omezena a selektivně aktivována: proces zveřejňování, interpretace a úpravy genetické informace. Mějte na paměti, že váš genom postrádá informace, které vás zcela definují, se všemi vašimi kvadriliony jedinečných nervových spojení vytvořených nepředvídanými okolnostmi a zkušenostmi, jak se vyvíjíte a rostete.
Opravdu teď mám více „mozků“nebo alespoň „mozkových struktur“? Pořád nevím, jak s tím souviset. Věřím, že bych v zásadě mohl mít takto vytvořené „náhradní“srdce nebo játra. Ale podle mého názoru je mozek příliš svázaný se zkušenostmi, pamětí, emocemi a charakterem, než aby mohl považovat jakýkoli jiný orgán kromě mého vlastního za úložiště mého „já“. Myšlenka „druhého mozku“(i když nebereme v úvahu extrémně „abnormální“povahu mého mini mozku) není příliš jasná a nedává moc smysl.
Myslím, že je to úleva. Koneckonců, jakmile tyto organely splní svoji roli v Rayově výzkumu, budou zahozeny. A nemyslím si, že budu mít pocit, že s nimi nějaká část mého „já“zmizí. Je však stále divné a znepokojující sledovat, na co se moje část, náhodně vybraná, může proměnit v laboratoře v centru Londýna. Je pro mě těžké nedospět k závěru, že existuje jakési „meta-já“, tedy všechny tkáně, které by mohly být vytvořeny z tohoto úplně prvního oplodněného vajíčka, které se v děloze v říjnu 1962 (v mém případě) oživilo. … Jsem jen jednou z inkarnací tohoto „meta-mě“. Moje hranice osobnosti se zdají být trochu rozmazanější než tehdy.
Ale co když se proces pěstování mini-mozku stane ještě dokonalejším, než mu dokážeme zajistit přísun krve a souřadnice, abychom jej mohli správně uspořádat do souvislého celku - než můžeme vytvořit něco velmi podobného plnohodnotnému mozku? V tuto chvíli se jedná o čistě (promiňte) myšlenkový experiment: prostě nemáme žádnou příležitost, natož motivaci nebo morální ospravedlnění. Ale to je jistě možné. Jaký morální a ontologický stav by měl mozek v Petriho misce? Pokud poté zemřel člověk, jehož buňky byly použity k jeho vytvoření, „žily by dále“v Petriho misce? Měli bychom si někdy položit otázku: kdo je tam?
Philip Ball