Атлас, Города и страны, моря и океаны. Вокруг Света, Тайны ХХ века, Целый мир в твоих руках

Мини-свиньи— надежда человечества

Мини-свиньи— надежда человечества - 4.8 out of 5 based on 9 votes
Рейтинг:   / 9
ПлохоОтлично 

mini svinjaВсе меди ко-биологические исследования принято проводить сначала на лабораторных животных. Желательно использо­вать для этой цели не только крыс и кроликов, но и свиней, которые по многим биохимическим и физиологическим характеристикам ближе к людям, чем человекообразные обе­зьяны. Однако лабораторных свиней в природе не существует, поэтому пришлось потрудиться над их созданием.

КАК УМЕНЬШИТЬ СВИНЬЮ

Для лабораторных исследований свиньи хороши всем, кроме размеров: масса взрослого животного — 240—350 кг. Они много едят, сравнительно долго растут и занимают слишком много места. Кроме того, обычные свиньи бывают агрес­сивными, и крупное животное способно оказать серьезное сопротивление экспериментатору. Но если уменьшить массу свиньи в три—пять раз, ее содержание обойдется значитель­но дешевле, а размеры будут оптимальными для эксперимен­тальных исследований и для содержания в обычных вивариях в двух-трехъярусных клетках. Иногда для работы используют молодых животных обычных пород, не достигших 100 кг. И все же исследователи предпочитают иметь дело с мелкими породами, которые весят не больше взрослого человека.

Такая порода есть, например, во Франции — корсиканские свиньи. Это полудикие животные, их средняя масса в годова­лом возрасте составляет 45 кг, к двум годам — 65 кг Работать с корсиканскими свиньями неудобно из-за их агрессивного поведения, а также потому, что они покрыты длинной грубой щетиной, — я имел с ними дело во французской радиобио­логической лаборатории «Сакле».

В Колорадском университете (США) вывели юкатанских лабораторных мини-свиней. Их получили путем отбора среди животных местной породы, завезенных с Юкатанского полу­острова. Свинки и так были некрупные, а после селекции на уменьшение размеров и массы стали еще мельче и весят 40—50 кг. Это спокойные, добродушные животные с редкой щетиной, они прекрасно переносят транспортировку на значительные расстояния. С ними работают во многихлабо-раторияхСША, Франции, Англии, Японии, Италии, Германии и других стран. В последнее время стали выращивать и раз­водить так называемых юкатанских микропигов, имеющих в двухмесячном возрасте живую массу 6—8 кг, а в шестиме­сячном 16—20 кг. Стоят они от 300 и более долларов в США и от 1000 евро в Европе.

Однако не всегда породы лабораторных свиней получают, отбирая мельчайших из мелких. Чаще для селекции исполь­зуют несколько подвидов домашних и диких свиней евро­пейских и азиатских форм. Таким путем в США, Германии, Японии и Китае вывели более десяти лабораторных пород. Например, хэнфордские мини-свиньи, созданные специ­ально для радиобиологических исследований, — результат скрещивания белой паллоусской породы с питман- мурскими мини-свиньями.

Зарубежные лабораторные свинки дороги и плохо пере­носят наши суровые условия. Но в России теперь есть соб­ственные мини-свиньи оригинальной селекции—«минисибс» (миниатюрная сибирская свинья), результат многолетней гибридологической работы специалистов Института цито­логии и генетики СО РАН. Эти работы мы начали еще в 1960 году. Белую масть и плодовитость минисибсы получили от шведских ландрасских свиней, а карликовый рост — от вьет­намской пятнистой породы, таиладских мелких черных свиней и вьетнамских масковых черных свиней породы Й, которых я изучал в зоопарках Гаваны и Сантьяго-де-Куба, будучи в 1970—1972 годах советником по генетике в Кубинской ака­демии наук. Чтобы свинки имели крепкую конституцию, мы использовали мелких горных среднеазиатских кабанов — я привез их в Сибирь много лет тому назад на самолете из Киргизского Сары-Челекского заповедника.

Процессы выведения минисибсов можно условно раз­делить на несколько этапов. В первые пять лет мы изучали исходные формы и получали гибриды между ландрасской и вьетнамскими породами, затем скрещивали ландрас-вьетнамские помеси с диким среднеазиатским кабаном, на следующем этапе улучшали крепость конституции, скороспе­лость и плодовитость гибридов, для чего использовал и дикого централ ьноевропейского кабана и его гибриды с ландрасской породой. И наконец, мы проводили отбор среди полученных животных, добиваясь желаемых породных признаков.

Минисибсы выгодно отличаются от других известных мини-свиней крепкой конституцией, высокой жизнеспособностью, многоплодием (восемь поросят на помет) и преимуществен­но белой мастью, которая удобна при изучении кожных за­болеваний и тестировании новых лекарственных препаратов, вызывающих аллергические реакции у человека. Более 30 лет назад я передал популяцию моих первых мини-свиней в подмосковный Научный центр Оиомедицинских технологий РАМН, и на их основе специалисты центра получили светло­горскую популяцию мини-свиней, которые от минисибсов отличаются более нежной конституцией.

Существуют разные стандарты мини-свиней. У самых крупных животных массой около 50—70 кг размеры сердца, селезенки, поджелудочной железы, печени и надпочечников аналогичны размерам соответствующих органов взрослого человека. Но во многих случаях предпочтительнее иметь животных помельче. Поэтому на основе минисибсов мы создали лабораторных супермелких свиней. При рождении они весят от 500 до 800 г, в два месяца — всего 4—5 кг, а в шесть — 15—18 кг. Такие свинки очень удобны для учебно-методических работ, фармакологических и токсикологических исследований, для усовершенствования микрохирургических аппаратов, как возможный источник донорских органов для детей. Я уже упоминал, что их можно содержать в условиях вивариев наших учебных и исследовательских институтов, в обычных двухъярусных клетках, — это еще одно их важное преимущество.

Своим супермелким животным мы дали условное название «микросибс». Это самые маленькие из всех существующих лабораторных мини-свиней, и, главное, они адекватны к нашим спартанским условиям содержания. Благодаря их компактному телосложению и спокойному поведению микро-сибсам в вивариях требуется значительно меньше места, чем лабораторным собакам аналогичных размеров. И едят они немного. Иногда поросята-сосуны остаются без матери, и приходится выкармливать их искусственно. Обычного по­росенка-сосуна весом 1,5 кг выходить непросто, но, когда сотрудникам лаборатории экологического воспитания нашего института пришлось пестовать новорожденного микросибса весом всего 400 г, они справились с задачей, и теперь этот ма­лыш-искусственник ничем не отличается от своих собратьев.

Хотя минисибсы в несколько раз дешевле зарубежных пород, на них нет пока, к сожалению, должного спроса со стороны отечественных медиков. Я надеюсь, что они еще оценят преимущества отечественных сибирских и светло­горских мини-свиней.

ВЕЛИКАЯ ПОЛЬЗА ОТ МАЛЕНЬКОЙ СВИНЬИ

Лабораторные свинки заслуженно пользуются репутацией самой лучшей модели для медико-Оиологических исследо­ваний, поскольку их органы размерами, анатомическими и функциональными особенностями в норме и при патологии сходны с человеческими.

У мини-свиней и людей практически одинаковое располо­жение всех сосудов кардиоваскулярной системы. Небольшое анатомическое отличие заключается только в том, что у сви­ньи имеется дополнительная малая левая непарная вена, которая входит в коронарный синус. У других лабораторных животных — крыс, кроликов, собак — кардиоваскулярная топография сосудов и гемодинамические особенности в большей степени отличаются от человеческих. Так же сходны с человеческими поджелудочная железа и органы выделения, включая почки, нейрогуморальная система, органы половой системы, в том числе простата и семенники у самцов, яичники и фаллопиевы трубы у самок.

Свиньи обладают достаточно крупным головным мозгом и высокоразвитой центральной нервной системой. По по­веденческим реакциям их включают в первую десятку видов животных с наиболее высоким уровнем умственного раз­вития. На свиньях исследуют такие серьезные заболевания, как невроз или шизофрения. На них можно моделировать свойственные человеку стрессорные явления, вызываемые физическими и нервными нагрузками. Эти животные легко привыкают к алкоголю и наркотикам и реагируют на них, как люди, поэтому представляют собой самую адекватную мо­дель для разработки новых методов диагностики и лечения.

«По-людски» свиньи реагируют и на лекарства; на них мож­но определять вещества, опасные для здоровья человека, хотя и не вызывающие неблагоприятных реакций у других традиционных лабораторных животных. Например, для ле­чения болезни Альцгеймера исследователи предложили три препарата: такрин, донепезил и физостигмин. Эти вещества испытали на мышах, крысах и собаках и никакой токсичности не обнаружили. Однако когда такрином стали лечить людей, у 25% пациентов развился некроз печени. Все три препарата теперь считаются специфическими для человека ядами, а ведь это можно было предсказать, будь испытания проведены на мини-свиньях.

В некоторых исследованиях свиней нельзя заменить ника­кими другими лабораторными животными, даже обезьянами. Сходство строения кожи у свиньи и человека, отсутствие пигментации и волосяного покрова делают их самым под­ходящим объектом для изучения и разработки методов лечения всякого рода кожных заболеваний и поражений, включая ожоги. Огромное значение имеют исследования воз­можности трансплантации специально обработанной кожи мини-свиней человеку при ожоговых и других поражениях.

Для радиобиологических исследований и моделирования действия проникающей радиации на организм очень удобны мини-свиньи весом от 10 до 100 кг, поскольку у животных та­кого размера отношение живой массы к общей поверхности тела аналогично человеческому.

Для медико-биологических исследований очень важно сходство пищеварительной системы мини-свиней и челове­ка, которое обусловлено общим растительно-мясным типом питания — «всеядностью». Желудок у мини-свиней — типич­ный однокамерный, относительная длина кишечника очень велика, примерно в 15 раз больше длины туловища. Поэтому многие гастроэнтерологические исследования предпочти­тельнее проводить именно на мини-свиньях, а не на собаках.

Благодаря одинаковому типу питания и особенностям ли-пидного и глюкозного метаболизма человек и мини-свиньи болеют сходными болезнями, в том числе диабетом второго типа, спонтанным инфарктом и метаболическим синдромом, который включает в себя пониженную чувствительность тка­ней организма к инсулину, отложение жира в области живота, повышенное артериальное давление и нарушение липидного обмена. Синдром очень быстро приводит к развитию сахар­ного диабета второго типа (инсулиннезависимого), атеро­склероза, ишемической болезни сердца. В индустриальных странах от него страдает уже 10—20% населения старше 30 лет. Новые средства против метаболического синдрома испытывают на мини-свиньях, исследуют также процессы жирообразования у свиней. Ученых, в частности, интересует активность ферментов, ответственных за этот процесс, в норме, при различных патологиях и при воздействии тех или иных лекарств.

Специалисты отмечают сходство физиологии пищеварения и потребности в питательных веществах у новорожденных детей и поросят, хотя у ребенка при рождении относительное количество жира больше. Поэтому поросят удобно исполь­зовать для проверки рецептов смесей для детского питания. Особенно хороши они оказались при изучении рациона преждевременно родившихся детей, а также младенцев, не получавших достаточно белков, углеводов и других пита­тельных веществ.

Многие научные исследования, выполняемые на мини-сви­ньях, посвящены развитию атеросклероза сосудов сердца и мозга, воздействию разных препаратов на нарушения дея­тельности сердечно-сосудистой системы, диабету, разным формам гепатита, коррекции нарушений зубной системы и развития разных частей скелета. Один лишь перечень всех задач, для решения которых используют мини-свиней, занял бы много места, но мы более подробно остановимся на про­блеме ксенотрансплантации.

МИНИ-СВИНЬИ КАК ДОНОРЫ

Ежегодно во всем мире в донорских органах остро нуждаются тысячи пациентов. Даже в такой сравнительно небольшой стране, какАнглия, каждый год производят более десяти ты­сяч трансплантаций. Но эта потребность не может и никогда не сможет быть удовлетворена за счет только человеческих донорских органов. Хронический и практически бесконечный дефицит неизбежно усугубляется объективными причинами: высокой индивидуальной иммуногенетической специфич­ностью органов, необычайной трудностью их получения и, к сожалению, заоблачной стоимостью. В качестве альтерна­тивы можно предложить ксенотрансплантацию — пересадку органов от животных. Однако на роль животных-доноров подходят не обезьяны и не собаки, а только мини-свиньи, как по анатомическим и физиологическим, так и по чисто финансовым причинам. Не все согласны с таким решением. Выражают протест «зеленые», а также представители ре­лигиозных конфессий, которые считают свинью нечистым животным. Хотя в Израиле есть кибуц «Лахав», где свиней выращивают и используют для биотехнологических целей, и там я видел прекрасную экспериментальную лабораторию, ежедневно поставляющую медикам необходимые органы и ткани для ксенотрансплантационных экспериментов и хи­рургического лечения.

Сотрудники Новосибирского научно-исследовательского института травматологии и ортопедии Минздравсоцразвития (НИИТО) под руководством профессора Аллы Михайловны Зайдман показали, что мини-свинью можно использовать в качестве донора при ксенотрансплантации хрящевой и костной ткани. В практике современной медицины для коррекции переломов тел позвонков у пожилых людей ис­пользуют костный цемент. Применение цемента приводит к осложнениям: термическим и химическим ожогам костной ткани, асептическому некрозу в области имплантации и дру­гим нежелательным последствиям. Успешной альтернативой использованию костного цемента оказался хондротран-сплантат, разработанный сотрудниками НИИТО (патент РФ на изобретение № 2 392 973), — трехмерная структура на основе культивированных клеток хрящевой ткани эмбрионов мини-свиней, а также двухнедельных и месячных мини-по­росят. Клетки в трехмерном матриксе сохраняют нормальный метаболизм и при достаточном кровоснабжении быстро и полно восстанавливают структуру поврежденной кости.

Первые исследования по использованию вместо костного цемента трансплантационного материала от свиней в НИИТО провели в 2009-2010 годы, правда, не на людях, а на собаках. Все опыты проводили в соответствии с положениями Хель­синкской декларации Всемирной медицинской ассоциации и Правилами проведения работ с использованием экспери­ментальных животных. Под общим наркозом у собак-реци­пиентов в телах четырех поясничных позвонков вырезали кусочек размером 2 см3. В образовавшийся дефект вставляли такого же размера ксенотрансплантат, состоящий из клеток хрящевой и костной тканей мини-свиней. Контролем служили аналогичные дефекты в телах позвонков, не заполненные трансплантатом. Все собаки были примерно одного размера и возраста. Уже спустя три месяца после трансплантации зона дефекта заполнилась молодой костной тканью и костным мозгом, а через полгода в зонах оперированных дефектных позвонков полностью сформировалась костная ткань. Опре­делить границы между восстановленной и старой костью на этой стадии уже невозможно.

В Кемеровском научно-производственном отделе био­технологии СО РАМН под руководством академика Леонида Семеновича БарОараша налажено производство биопротезов аортальных клапанов сердца. Протезы собирают из несколь­ких створок клапанов подходящих по размерам минисиОсов. Донорские створки имеют определенную толщину и эластич­ность, на них отсутствуют фиброзные и жировые перерожде­ния, кальциевые отложения, практически нет мышц—они со­стоят из соединительной ткани, не вызывающей отторжения у пациента. Эти протезы по многим показателям превосходят американские аналоги, стоимость которых в несколько раз выше. Первую в России операцию протезирования сердеч­ного клапана с использованием материала, полученного от минисибса, сделали в 1978 году в Кемеровском кардиоцен­тре. С тех пор российские врачи провели тысячи успешных имплантаций биопротезов сердечных клапанов.

При замене сердечных клапанов, особенно когда они пред­назначены для ребенка, ситуация часто осложняется тем, что размер импланта не меняется по мере роста пациента и клапан, который становится мал, приходится заменять. Решение этой проблемы предложили специалисты Лейбни-цевской лаборатории биотехнологии и искусственных органов (Ганновер, Германия). Из клапана донора, мини-свиньи геттингенской породы, удаляли все мышечные клетки и остав­ляли только каркас из соединительной ткани. Затем каркас заселяли стволовыми клетками, выделенными из костного мозга или крови реципиента. Такой новый, выращенный за несколько недель клапан не вызывает иммуногенного от­торжения и, главное, растет вместе с пациентом. За 15 лет трансплантацию растущих клапанов провели более чем 20 детям разного возраста, и многим из них повторная транс­плантация не понадобилась.

Медицина нуждается не только в клапанах, но и в целых донорских органах. Донора, подходящего с иммунологиче­ской точки зрения, даже среди людей найти непросто, а со свиньями проблем еще больше, однако, несмотря на это, по­тенциальный мировой рынок сердец, почек, поджелудочных желез и других органов мини-свиней по самым осторожным расчетам превосходит 5 млрд. долларов.

В 1998—2009 годах специалисты Института цитологии и генетики (ИЦиГ) СО РАН и Научно-исследовательского ин­ститута патологии кровообращения (НИИПК) МЗ России им. Е.Н.Мешалкина экспериментально проверили возможность использования минисиОсов в качестве потенциальных до­норов для ксенотрансплантации сердца человеку. Сердце пересаживали от одной свинки другой, чтобы проверить, как оно выдерживает трансплантацию. Оказалось, что техниче­ски это возможно. Более того, анатомические особенности сердца и всех коронарных сосудов минисибсов, а также их ге-модинамические параметры при трансплантации оказались практически полностью сходными с человеческими. И пере­садки сердца от миниатюрных сибирских свиней к человеку можно было бы делать хоть сейчас, если бы не два серьезных препятствия. Масса сердца у минисибса весом 20—55 кг со­ставляет 108— 232 г — органытакого размера подходят только для детей. Чтобы пересаживать сердца взрослым пациентам, нужны более крупные особи. И мы предложили новую схему селекции, направленную на увеличение размеров сердца мини-свиней, — при этом масса годовалых животных должна увеличиться до 50—70 кг.

Но главная сложность при ксенотрансплантации органов мини-свиньи человеку обусловлена гистонесовместимостью. Иммунная система реципиента отторгает пересаженные донорские органы. Если донор — мини-свинья, то в роли основного антигена, то есть элемента, вызывающего от­торжение, выступает дисахаридная группа — две галактозы, соединенные альфа-(1,3)-связью: Gal- -(1,3)-Gal. Онаестьу мини-свиней, ноотсутствуетулюдей. Специалисты рассма­тривают несколько путей решения этой проблемы. Можно использовать препараты, подавляющие выработку антител пациента против дисахаридной группы, а можно вывести трансгенных животных с отключенным геном альфа-(1,3)-галактозилтрасферазы (GGTA1) — фермента, который регу­лирует образование злополучного дисахарида. Это сложно, но такие работы активно идут в нескольких лабораториях мира. В 2002 году специалисты корпорации «Immerge Bio Therapeutics» (США) объявили о рождении четырех трансгенных поросят с отключенным GGTA1, через несколько ме­сяцев пятерых таких поросят получили ученые Эдинбургского института биотехнологии и лаборатории генетики животных американской KopnopauHH«PPLTherapeutics». Представите­ли этой компании сообщили, что все поросята здоровы и их органы хорошо подходят для ксенотрансплантации.

В 2005 году клонированные поросята родились в Хайнань-ском университете КНР, а в 2009 году в специальной научной лаборатории при Клиническом центре трансплантологии про­винции Сычуань приступили к опытам по ксенотранспланта­ции разных внутренних органов от мини-свиней к шимпанзе. Китайские медики планируют пересаживать печень, под­желудочную железу, почки и другие органы, наиболее вос­требованные в клинической медицине. На фоне этих успехов калифорнийская компания «Genon Bio-Med» прекратила фи­нансирование дальнейших исследований в данной области, опасаясь теоретически возможных негативных последствий ксенотрансплантации, например каких-либо неизвестных болезней от случайно взятых свиней. В России работы по получению трансгенных гистосовместимых поросят, к сожа­лению, по разным причинам находятся в начальной стадии.

Ученые разрабатывают и другие способы использования мини-свиней в качестве доноров. Специалисты универси­тета Миннесоты под руководством Дорис Тейлор планируют вырастить сердце, печень, почки, поджелудочную железу из стволовых клеток пациента, который нуждается в пере­садке, на каркасе соответствующего органа мини-свиньи, подобнотому, как немецкие ученые выращивали «растущие» сердечные клапаны. Сначала донорский орган обрабатывают специальным составом, который освобождает его от мышц, оставляя лишь нейтральные для иммунной системы белки соединительной ткани, а потом растят на этом каркасе но­вые ткани из стволовых клеток реципиента. Исследователи провели предварительные эксперименты на сердце крысы. Стволовые клетки животного-реципиента за несколько дней разрастались на донорском каркасе, и спустя неделю искус­ственное сердце уже перекачивало кровь в теле крысы, соб­ственное сердце которой былоудалено. Сейчас аналогичные исследования проводят на мини-свиньях.

Но мини-свиньи не только несут медицинскую службу. Это замечательные домашние питомцы, разумные, дружелюб­ные и спокойные животные, которые прекрасно уживаются в квартирах. Они помогают сохранить хорошее настроение, оптимизм и здоровье. После минимальной дрессировки свинки строго соблюдают санитарный режим. Их можно вы­гуливать, как собачек. При этом им требуется меньше места, чем псу аналогичного размера, помните? Минисибсы отлич­но ладят с детьми. Я передал несколько свинок на станцию юных натуралистов, созданную в свое время академиком М.А.Лаврентьевым, там маленькие свинки «учат» сибирских школьников любить животных и помогают готовиться к по­ступлению в университет.

У минисиОсов прекрасное обоняние. Определенные запахи они чувствуют на глубине 20 см с расстояния 50 м. М инисиосы прекрасно обнаруживают наркотики и взрывчатые вещества, но гораздо приятнее искать с ними трюфели — пахучие под­земные грибы. Химическое или радиационное загрязнение окружающей среды немедленно сказывается на состоянии кожи мини-свиньи, поэтому она может служить индикатором экологического неблагополучия. Ее можно уподобить кана­рейке, которую шахтеры брали под землю из-за ее чувстви­тельности к метану. Во многих странах, втом числе и в России, любители ежегодно устраивают соревнования мини-свиней по бегу на разные дистанции. В Австралии свинки плавают и прыгают в воду с высоких трамплинов. И если на Марсе будут когда-нибудь яблони цвести, то почему бы под ними не гулять минипигам?

 

Доктор биологических наук В.Н.Тихонов,
Институт цитологии и генетики СО РАН

Химия и Жизнь №9 2011

новости vw-2

Карта сайта

9 tocek

Смотрим здeсь vw-1