KLONING AV DYR OG MENNESKER

Transkript

1 KLONING AV DYR OG MENNESKER Professor Fakultet for naturvitenskap og teknologi NTNU KLONINGSBEGREPET STAMCELLER XENOTRANSPLANTASJON KLONING AV MENNESKER OG DYR

2 Knockout mice Procedure for obtaining knockout mice by genetargeted mutation. The diagram illustrates how coat color provides a convenient way of picking out wanted progeny. ES: Embryonic Stem cell E29-8 Homologous recombination to produce knockout mice E29-9 The yellow rectangle represent normal genes flanking the target gene. The blue (TK) rectangle represent the addition of a viral thymidine kinase gene which is placed outside of the region of homology between the vector and targeted chromosome. This is to permit negative selection (phosphorylates gancyclovir -makes it cytotoxic) of cells in which the vector is incorporated randomly rather than by homologous recombination.

3 Eksempel fra forskning på mus Mus klonet fra ES-celler ES=Totipotente embryo stamceller To gener som er aktive under embryostadiet og som er kontrollert av metylering blir observert. Variasjon i metyleringsmønsteret ble funnet t.o.m. hos kloner av søsterceller Likevel overlevde mange embryoer til voksen alder Dette kan vise at tilsynelatende normale dyr kan ha unormal genekspresjon som er vanskelig å detektere og at de under utvikling har stor tolleranse for ulik genregulering Stamceller En stamcelle er per definisjon en celle fra en embryo, foster eller voksent individ som har muligheten til å dele seg i en uendelig periode For en stamcelle i et voksent individ vil det si gjennom hele livet til organismen Stamceller er ikke bundet til å utføre en spesiell oppgave i kroppen De forblir ubundet til de mottar signal om å utvikle seg til spesialiserte celler Under rette omgivelser eller etter å ha mottatt et spesielt signal, kan stamcellene differensieres til del mange forskjellige spesialiserte cellene som kroppen består av

4 Stamceller har forskjellig kapasitet til å spesialisere seg til forskjellige celler og vevstyper Kapasiteten som voksne stamceller har til å differensiere seg til forskjelllige spesialiserte cellevev ser ut til å være mer begrensende enn hos embryotiske stamceller Forskere har klart å få stamceller fra beinmarg til å utvikle seg til leverceller Metoden som brukes i dag for å karakterisere voksne stamceller avhenger av at en er i stand til å finne markører på celleoverflaten til disse cellene Innen xenotransplantasjon har en klart å bringe fram klonede griser som er genetisk modifisert Differensiering Prosessen der uspesialiserte celler, som stamceller, spesialiseres til en av de mange celletypene som utgjør en organisme kalles differensiering Ved differensiering skjer det en prosess der spesifikke gener aktiveres og andre blir inaktive Et resultat av dette er at de differensierte cellene utvikler spesifikke strukturer og utfører spesielle oppgaver I et laboratorium kan en stamcelle manipuleres til utvikle seg til å bli en spesialisert celle. Denne type manipulering kalles veiledet differensiering

5 En form for stamceller har potensialet til å differensiere seg til enhver av alle celletypene i en organisme Disse stamcellene kalles pluripotente De fleste forskere bruker order pluripotent for å beskrive stamceller som kan være forgjengere for celler fra alle de tre embryotiske cellelagene, mesoderm, endoderm og ektoderm. De tre lagene er den embryotiske kilden til alle cellene i kroppen Det vil si at alle av de mange forskjellige typer spesialiserte celler som kroppen består av stammer fra et av de tre lagene Pluripotens Ny forskning ( ) viser at humane stamceller fra beinmargen i voksne kan utvikle seg til ethvert vev i kroppen. De fleste stamceller i voksne individer kalles ofte unipotente, da disse cellene bare kan differensieres langs en cellelinjetype En kan isolere stamceller fra embryo, foster og voksne individer De embryotiske stamcellene kan hentes fra en gruppe av celler kalt den indre cellemassen, som er en del av det tidlige embryo, blastocyst. Stamceller i et voksent individ er udifferensierete celler som finnes i differensierte vev, de kan dele seg, og de kan spesialisere seg til alle de spesialiserte celletypene som finnes i det vevet som stamcellene kommer fra

6 Celledeling All celledeling i eukaryote somatiske celler (alle celler bortsett fra kjønnsceller) skjer ved mitose Mitosen (M) utgjør ett av fire stadier i en normal cellesyklus, de andre tre er G1, S (DNA-syntese) og G2, og utgjør til sammen interfasen Mitosen deles inn i fire hovedfaser: profase, metafase, anafase og telofase I tillegg kommer cytokinesen der det i animalske celler skjer følgende: plasmamembranen rundt midten av cella snøres inn og danner en delingsfure ved hjelp av en såkalt kontraktil ring av aktin og myosin. Til slutt snøres cellene av, og celledelingen er fullført.

7 Deling av stamceller Med stamcelleterapi kan en i første omgang reparere skader av degenerative sykdommer som for eksempel hjerteinfarkt ved at stamceller blir implantert i organet og stimulerer vevet til regenerering/reparasjon. Fremtidshåpet er å komme så langt at det blir mulig å høste stamceller som kan utvikle seg til hele organer

8 Begrensninger ved stamcelleterapi 1. Tekniske begrensninger Stamceller i voksne individer er sjeldne Stamceller i voksne individer er ofte vanskelig å identifisere, isolere og rense Det er vanskelig å klare å få voksne stamceller til å dele seg i en udifferensiert tilstand i lengre perioder Forskere har ikke klart å manipulert voksne stamceller til å differensieres til spesialiserte celler Ved bruk av embryostamceller kan immunsystem responser være et problem Telomeraselengden har trolig noe å si for celledelingsevne Det ser ut som at antall stamceller avtar med alderen 2. Lovmessinge begrensninger Lov om framstilling og bruk av genmodifiserte organismer Lov om medisinsk bruk av bioteknologi Utvalg dannet i desember 1999 skal vurdere igangsetting og eventuell regulering av xenotransplantasjon I påvente av utvalgets vurdering ble det vedtatt et midlertidig forbud mot xenotransplantasjon fram til 1. Januar 2003 Utvalget kom i juni 2001 med et forslag til en lov om xenotransplantasjoner Bioteknologinemda går inn for terapeutisk kloning av menneskeceller Helseministeren ønsker å forlenge forbud mot overføring av levende materiale fra dyr til menneske med to år Etiske faktorer spiller inn på om samfunnet godtar organutveksling mellom forskjellige arter

9 Sykdommer og ulykker kan føre til at et menneskes vitale organer stopper å fungere Organets funksjon må erstattes for at personen skal overleve Det står flere på venteliste for organtransplantasjon enn det er donororganer tilgjengelig Organer Status for kloning av organer Rapporter indikerer at voksne stamceller finnes i hjernen, beinmarg, perifert blod, blodårer, skjelettmuskler, hud- og fordøyelsesepitelie, hornhinnen, retina, tann, lever og bukspyttkjertelen Fra forsøk med stamceller har en også funnet ut at voksne stamceller kan dele seg i en lang periode uten at de differensieres, og at de kan gi opphav til celletyper som har karakteristisk form og som har spesifikke funksjoner i enkelte vev Den mest studerte voksne stamcelletypen er beinmargsceller Disse stamcellene kan benyttes til å gjenopprette forskjellige blod og immun komponenter til beinmargen ved transplantasjon

10 Xenotransplantasjon Med xenotransplantasjon mener en implantasjon av levende vev fra en art til en annen art Det forskes særlig på xenotransplantasjon mellom gris og menneske (menneske og grisehjerte cirka like store) Det gjenstår ennå en del forskning før organer fra gris kan brukes som permanente organdonorer til mennesker Dette arbeidet innebærer blant annet å klone inn flere menneske gener for å forhindre avstøtning av organene I tillegg må en se nærmere på om virus fra gris kan infisere organmottakere, og dermed kunne spres videre til andre mennesker Begrensninger ved xenotransplantasjon 1. Tekniske begrensninger Vet til dags dato ikke om virus fra gris kan skade mennesker ved xenotransplantasjon Det er ennå ikke blitt laget grisekloner som er så genetisk modifisert at det ikke er sjanse for organavvisning hos pasienter ved xenotransplantasjon

11 Kloning ved overføring av kjerner Kjerneoverføringsprosessen Fjerning av kjerne: En pipette holder egget fast mens en suger ut kromosomene Kromosomene fjernet: Det som er igjen inni zona pelucida er cytoplasma Overføring: Kjernen fra den somatiske cella føres inn i zona pelucida, hvor den holder seg separat fra cytoplasmaet Fusjon: Et elektrisk støt fusjonere den somatiske kjernen med cytoplasmaet. Etter et par timer begynner embryoet å dele seg. Embryo: Etter en uke er embryoet klart til å settes inn i surrogatmoren.

12 Hvordan Dolly ble laget? Somatisk celle fra jurepitelet på en 6 år gammel søye Oocytt fra en annen søye (A cell from which an egg or ovum develops by meiosis; a female gametocyte) Cellekjernen fjernet fra oocytten og kjernematerialet fra den somatiske cella satt inn den kjerneløse oocytten Cella fikk elektrosjokk Embryo dyrket in vitro før det ble plassert inn i surogatmoren Født 5. Juli februar 1997 fikk verden vite om hennes eksistens Det sensasjonelle var at hun var laget av en helt vanlig kroppscelle. Det ble vist at DNA i en voksen kjerne enten reprogrammere seg selv eller er åpen for reprogrammering av faktorer inne i egget slik at den blir totipotent. En totipotent celle kan prolifiere- dvs å dele seg, i cellekulturer og fremdeles ha potensialet til å differensiere til alle typer celler etter at de er satt inn i en blastocyst. En totipotent celle kan derfor utvikle seg til et helt individ. En celle er totipotent i embryostadiet til det er 16 celler stort.

13 Dollys to mødre Dolly har på en måte to mødre. Den ene gav cellekjernen med arvematerialet og den andre gav selve egget og bar Dolly fram. Sauen som bar fram Dolly er av typen Scottish Blackface, mens Dolly selv er en Finn Dorset. Problemer Dolly var forsøk nr.277 Andre sauer som ble født var enten abnormale eller døde like etter fødselen En av vanskelighetene var å vite om oocytten og donorcella var på samme stadiet i cellesyklusen

14 Dolly i dag Aldring kan være et problem for klonede dyr. Dolly har fått konstantert kortere telomerer, liknende eldre sauer, enn kontrollsauer på samme alder. Januar 2002: Det offentliggjøres at Dolly har fått leddgikt, noe som er uvanlig for sauer på hennes alder. Dolly blir feit! Man mener hun mangler en innprintingsmekanisme som skal kontrollere genene og fungere som en hovedbryter i hvordan sauen utvikler seg. Dolly har blitt mor tre ganger Er Dolly en ekte klon? Selv om man lager en klon kan den bli ulik originalen. Utviklingen foregår til annen tid i en annen livmor. I Dollys tilfelle er mitokondriene ikke fra samme sau som kjernen. Dette gjør at Dolly ikke er identisk med sauen som cellekjernen er tatt fra.

15 STAMCELLFORSKNINGEN GJØR FREMSKRITT LATEST MS damage repaired by stem cells Damage to nerve cell insulation caused by multiple sclerosis is reversed in mice by cells taken from theirbone marrow (21 Jan 03) Stem cells migrate from bone to brain Autopsies on four dead women show for the first time that human stem cells in bone marrow can develop into brain cells (20 Jan 03) Mini-pig clone raises transplant hope The pig has human-size organs and lacks a gene that provokes rejection - but significant hurdles remain (13 Jan 03) NewScientist Feb2003 Kloning av mennesker en statusrapport. They were such tiny dots, yet they held such immense promise. Jose Cibelli etter ACTs kloning av humane embryo-celler

16 november 1998: Isolering og vekst av humane stamceller the biggest thing since Dolly the Sheep desember 1998: Koreansk embryo-kloning?

17 august 2001: Zavos/Antinori klare for kloning av mennesker november 2001: Advanced Cell Technology: kloner humane embryo-celler

18 Terapeutisk kloning Partenogenese

19 Hvorfor klone mennesker? Reprodusere et individ som døde Sterilitet istedet for å bruke donerte egg-/sæd-celler, hvorfor ikke bruke dine egne celler? Eugenics et forsøk på å forbedre menneskerasen Megalomania et ønske om å reprodusere ens egne kvaliteter Til medisinsk forskning Nysjerrighet "I feel very embarrassed and very chagrined by this publication prof. John Gearhart Om noe, viste forsøkene til ACT at kjerneoverføring er en metode som de ikke behersker og at metodene som fungerer på dyr foreløpig ikke kan overføres til mennesker. GENialt, nr 4/2001

20 Begrensninger innen human kloning Tekniske kloning av humane celler er foreløpig bare på forsøksstadiet rent teknisk sett gamle gener med for korte telomerer kan føre til tidlig degradering av genomet gener i mitokondrier kan påvirke den totale genekspresjonen Ved partenogenese vil stimulering av egg kunne gi feil dose av vekstfaktorer. Kan føre til: leverproblemer delvis defekt immunsystem stor åreradius i blod-/lymfe-system abnormale organer for tidlig død

21 Etiske begrensininger Når det er snakk om mennesker har man ikke råd til å gjøre feil, og feil lar seg ofte ikke oppdage før fødsel tross mange vanlige misforståelser lar human kloning seg vanskelig forene med mange menneskers livssyn/religiøse idéer

22 Lovmessige Som følge av de etiske dilemmaene innen human kloning finnes det en rekke lovmessige restriksjoner I Norge dekkes dette av loven om medisinsk bruk av bioteknologi, der det blant annet heter: 3-1. Forbud mot forskning på befruktede egg Det er forbudt å forske på befruktede egg. 3a-1. Forbud mot bruk av teknikker med sikte på å framstille arvemessig like individer. Bruk av teknikker med sikte på å framstille arvemessig like individer er forbudt. Mange andre land har også lignende lover Takk til studenter på Bi !