Börjar med normala hudceller, forskare från The Scripps Research Institute har producerat de första stamcellerna från utrotningshotade arter. Sådana celler skulle så småningom kunna göra det möjligt att förbättra reproduktion och genetisk mångfald för vissa arter, eventuellt rädda dem från utrotning, eller att stärka hälsan hos utrotningshotade djur i fångenskap.
En beskrivning av prestationen dök upp i en förhandsupplaga online av tidskriften Nature Methods den 4 september 2011.
Genesis
För ungefär fem år sedan kontaktade Oliver Ryder, PhD, chef för genetik vid San Diego Zoo Institute for Conservation Research, Jeanne Loring, PhD, professor i utvecklingsneurobiologi vid Scripps Research, för att diskutera möjligheten att samla in stam celler från utrotningshotade arter. Ryders team hade redan etablerat Frozen Zoo, en bank av hudceller och annat material från mer än 800 arter och undrade om de tusentals prover de hade samlat på sig kunde användas som utgångspunkter.
Precis som man hoppas med människor trodde Ryder att stamceller från utrotningshotade arter kunde möjliggöra livräddande medicinska terapier eller erbjuda potentialen att bevara eller utöka genetisk mångfald genom att erbjuda nya reproduktionsmöjligheter.
Vid den tiden, även om forskare arbetade med stamceller från embryon, hade forskare ännu inte utvecklat tekniker för att tillförlitligt få normala vuxna celler att bli stamceller. Men tekniken kom strax efter, och forskare åstadkommer nu denna bedrift, som kallas inducerad pluripotens, genom att infoga gener i normala celler som sätter igång transformationen.
Medan Lorings team träffade Ryder i början av 2008, insåg de att dessa nytillkomna tekniker kan tillämpas på utrotningshotade arter. Postdoktor Inbar Friedrich Ben-Nun, PhD, satte sig för att systematiskt utforska möjligheterna.
Ryder föreslog två arter för inledande arbete. Den första var en mycket hotad primat som kallas en borr som han valde på grund av dess nära genetiska koppling till människor och för att djuren i fångenskap ofta lider av diabetes, som forskare arbetar med att behandla hos människor med stamcellsbaserade terapier.
Den norra vita noshörningen var den andra kandidaten. Ryder valde detta djur eftersom det är genetiskt långt borta från primater, och för att det är en av de mest hotade arterna på planeten. Det finns bara sju djur kvar, varav två finns i San Diego Zoo Safari Park.
Inledningsvis trodde medlemmarna i teamet att de skulle behöva isolera och använda gener från djur som är nära besläktade med den hotade arten för att framgångsrikt inducera pluripotens. Men den experimentlinjen fungerade inte. Istället, till sin förvåning, efter ett år av försök och misstag, fann forskarna att samma gener som inducerar pluripotens hos människor också fungerade för borren och noshörningen."Det har bara varit fantastiskt", sa Ryder från Scripps Research-teamets framgångar.
Processen är ineffektiv, vilket innebär att endast ett fåtal stamceller produceras åt gången, men det räcker. "Det finns bara två djur i den", sa Ben-Nun, "men vi har starten på en ny djurpark, stamcellszooen."
Stamceller till räddning
Forskarna ser sin framgång som ett första steg mot större framsteg. Förutom möjligheten att använda stamceller som grund för diabetes eller andra behandlingar, finns det stor potential för nya reproduktionsteknologier i takt med att stamcellsforskningsområdet utvecklas. "Det viktigaste är att tillhandahålla dessa stamceller som en resurs för andra människor som tar några av nästa steg", sa Loring.
En av de största problemen med små populationer som den norra vita noshörningen är att även om de förökade sig, vilket inte har hänt på många år, är deras genetiska mångfald oundvikligt och farligt låg, och sådan inavel leder till ohälsosamma djur.
Men forskare går mot att få stamceller att differentiera till spermier eller äggceller. Med det uppnått är en möjlighet att forskare kan ta hudceller i Frozen Zoo från länge döda djur, inducera pluripotens, utlösa differentiering till spermieceller och sedan kombinera dessa med ett levande djurs ägg genom provrörsbefruktning. Annars skulle förlorad genetisk mångfald återinföras i befolkningen, vilket gör den friskare, större och mer robust.
Eller så kan både ägg och spermier produceras från stamcellerna, med de resulterande embryona implanterade i levande djur, en process som nuvarande forskning tyder på kan vara mycket mer tillförlitlig än befintliga kloningstekniker.
Forskare undersöker redan möjligheten att producera spermier och ägg från stamceller som en potentiell lösning på mänsklig infertilitetsproblem. Loring hoppas att några av dessa grupper kan överväga inledande teknikutveckling med stamceller från utrotningshotade arter."Jag tror att arbetet skulle vara mycket lättare etiskt sett med hotade arter än med människor", sa hon, "så jag misstänker att vissa människor som arbetar i det här området skulle älska att ha våra celler för experiment."
The Real Solution
"Det bästa sättet att hantera utrotningar är att bevara arter och deras livsmiljöer", sa Ryder, "men det fungerar inte hela tiden." Noshörningarna är ett perfekt exempel, sa han, eftersom det är så få. "Stamcellsteknologi ger en viss nivå av hopp om att de inte kommer att behöva dö ut trots att de helt har eliminerats från sina livsmiljöer. Jag tror att om mänskligheten vill rädda den här arten, måste vi utveckla nya metoder."
Och även när det finns rimliga vilda populationer av en art står de inför en rad hot, inklusive förlust av livsmiljö och tjuvjakt.
Framväg, sade Loring att gruppen hoppas kunna fortsätta producera stamceller från andra arter för att utöka deras nystartade stamcellszoo." För tillfället arbetar de med att säkra finansiering för vad som motsvarar en okonventionell forskningslinje. "Det är mittemellan fält", sa Loring. "Det är inte klassiskt bevarande och det är inte vanlig biologisk forskning."
