211service.com
Startuoliai lenktyniauja, kad laboratorijoje atgamintų motinos pieną
Daugelis tėvų, norėdami maitinti savo naujagimius, naudojasi mišiniais kūdikiams. Ar ląstelių kultūros technologija galėtų pagaminti kažką artimesnio žmogaus motinos pienui?
Amritos Marino iliustracijos
2020 m. gruodžio 18 d2013 m. vasaros dieną Leila Strickland sužavėta sėdėjo prieš savo nešiojamąjį kompiuterį ir ekrane stebėjo, kaip Markas Postas pristatė pirmąjį laboratorijoje užaugintą mėsainį.
Norėdami sukurti rausvą, plokščią paplotėlį, Mastrichto universiteto (Olandija) kraujagyslių fiziologijos profesorius Postas paėmė tūkstančius audinių kultūros plokštelių, pilnų galvijų kamieninių ląstelių, sumaišė jas su veršelio vaisiaus serumu ir kitomis maistinėmis medžiagomis ir laukė, kol jos išsiskirs. į raumenų ląsteles. Tai buvo įdomu ir savaime. Tačiau Stricklando mintys nukrypo į kitą galimą ląstelių auginimo taikymą: žmogaus motinos pieną.
Ši istorija buvo mūsų 2021 m. sausio mėn. numerio dalis
- Žr. likusią numerio dalį
- Prenumeruoti
Kaip ir daugelis mamų, Strickland tikėjosi maitinti krūtimi abu savo vaikus pirmuosius šešis mėnesius po jų gimimo.
Medicinos įstaiga mano, kad maitinimas krūtimi yra auksinis kūdikių mitybos standartas, sumažina virškinimo problemų, bėrimų ir – labiausiai įtikinamo – nekrozinio enterokolito, retos, bet galimai mirtinos neišnešiotų kūdikių žarnyno ligos, tikimybę.
Tačiau, kaip ir daugeliui motinų, Strickland buvo sunku maitinti krūtimi. Jos pirmas vaikas, prieš trejus metus gimęs sūnus, sunkiai įsikibo į spenelį; kai jis tai padarė, ji pajuto deginantį skausmą. Jis pradėjo mesti svorį. Ji praleido visą dieną, kiekvieną dieną, žindydama ar siurbdama, kad paskatintų pieno tekėjimą, o sūnus vis tiek verkė, alkanas. Dabar ji patyrė panašių problemų su savo mažamete dukra.
Strickland, žiūrėdama Postą nuo savo virtuvės stalo, pradėjo galvoti, kaip galėtų panaudoti tokį procesą kaip jis, kad išaugintų ne dirbtinę jautieną, o ląsteles, kurios gamina motinos pieną. Nėščia moteris nėštumo metu gali turėti adatos krūties biopsiją, o aš galėčiau pasiekti, kad ląstelės augtų ir gamintų pieną prieš gimstant kūdikiui, tuomet susijaudinęs rašė Strickland elektroniniame laiške draugei.
Ši istorija buvo mūsų 2021 m. sausio–vasario mėn. numerio dalis
- Žr. likusią numerio dalį
Ji buvo įgijusi ląstelių biologijos daktaro laipsnį ir keletą metų dirbo tyrėja Stanforde, kol susirado medicinos redaktorės ir rašytojos darbą. Tai buvo galimybė grįžti į laboratorijos suolą, turintį daugiau nepriklausomybės nei vidutinis akademikas. Po kelių dienų ji su vyru sutaupė 5000 USD ir iš „eBay“ įsigijo didžiulį pilką audinių kultūros gaubtą, mikroskopą, inkubatorių ir centrifugą, kad galėtų eksperimentuoti. Stricklandas prisimena, kad tai buvo sena dinozaurų įranga – dauguma tikriausiai iš septintojo dešimtmečio.
Daugelį metų ji stengėsi, kad projektas būtų finansuojamas, ir ji beveik atsisakė šios idėjos. Tačiau 2020 m. gegužę jos įkurta įmonė „Biomilq“ iš investuotojų grupės, vadovaujamos Billo Gateso, gavo 3,5 mln. „Biomilq“ dabar lenktyniauja su konkurentais Singapūre ir Niujorke, siekdamas supurtyti kūdikių mitybos pasaulį taip, kaip nebuvo matyta nuo tada, kai atsirado 42 milijardų dolerių vertės mišinių pramonė.
Nuo seniausių laikų maitinimas krūtimi įėjo ir išėjo iš mados — įtakos turi ne tik medicinos žinių raida, bet ir rasė bei socialinė padėtis. Žindymas šlapiu būdu, maitinimas krūtimi užsakomas kitam asmeniui, o ne kūdikio motinai, siekia bent jau senovės Graikiją. Prieš pilietinį karą Amerikoje baltieji pavergėjai privertė juodaodes moteris žindyti pavergėjų vaikus, dažnai kenkdami pačių moterų kūdikiams.
1851 m. Prancūzijoje buvo išrastas pirmasis modernus maitinimo buteliukas – sudėtingas prietaisas su kamštiniu speneliu ir dramblio kaulo kaiščiais, selektyviai uždarančiais įleidimo angas, kad reguliuotų oro srautą, todėl šlapinimasis buvo beveik išnykęs. Netrukus po to vokiečių chemikas Justas fon Liebigas sukūrė pirmąjį komercinį kūdikių mišinį, kurį sudarė karvės pienas, kvietiniai, salyklo miltai ir žiupsnelis kalio bikarbonato. Jis greitai buvo laikomas idealiu kūdikių maistu.
Iki 1972 m. 22 % Amerikos kūdikių buvo žindomi krūtimi – tai yra istorinis žemumas, palyginti su 77 % 1936–1940 m. gimusių kūdikių.
Iki XX amžiaus formulių naudojimas smarkiai išaugo, daugiausia dėl uolios reklamos gydytojams ir vartotojams. 1954 m. Amerikoje išgarinto Gvazdikų pieno reklamoje rodoma švytinti motina ir kūdikis su tekstu, kuriame parašyta: 8 iš 10 mamų, maitinančių savo kūdikius Gvazdikų mišiniais, sako: „Mano gydytojas rekomendavo!“ Vėliau mišinių įmonės pradėjo duoti ligoninėms nemokamų mišinių. paskirstyti naujoms mamoms. Tuo pačiu metu prie darbo jėgos prisijungė daugiau moterų, todėl nuolatinis žindymas tapo sudėtingesnis. Suvokimas, kad mišiniai yra tokie pat saugūs ir veiksmingi, jei ne dar labiau, žindymo rodikliai smarkiai sumažėjo. Iki 1972 m. 22 % Amerikos kūdikių buvo žindomi krūtimi – tai yra istorinis žemumas, palyginti su 77 % 1936–1940 m. gimusių kūdikių.
Šiandien šie rodikliai atsinaujino, ir gydytojai plačiai sutaria, kad motinos pienas yra geriausia kūdikių mityba. Dauguma amerikiečių kūdikių – apie 84 %, remiantis Ligų kontrolės ir prevencijos centrų statistika – tam tikru momentu yra maitinami krūtimi. Tačiau tik ketvirtadalis jų šešis mėnesius maitina tik motinos pienu, kaip rekomenduoja Amerikos pediatrų akademija ir Pasaulio sveikatos organizacija.
Žindymas ne visada lengvas. Stricklandas patyrė, kad kūdikiams gali būti sunku užsikabinti; kartais krūtys negamina pakankamai pieno; ir tai gali būti nepakeliamai skausminga mamai.
Be to, daugelis naujagimių motinų turi dirbti, o žindyti ar išsiurbti pieną darbo vietoje gali būti sunku ar net neįmanoma. Akivaizdu, kad tai yra sunkiau neturtingoms moterims, ypač tokiose šalyse kaip JAV, kur nėra privalomų apmokamų vaiko priežiūros atostogų ir tik nedidelė dalis dirbančių motinų jas gauna iš savo darbdavių.
Pirmasis žingsnis, kurį Strickland žengė kuriant motinos pieną laboratorijoje buvo mažiau nei žavinga. Ji negalėjo sau leisti nusipirkti žmogaus pieno ląstelių linijų, kurios gali kainuoti šimtus ar net tūkstančius dolerių. Vietoj to ji nusprendė pradėti nuo karvių ląstelių. Kad galėtų pradėti eksperimentus, jai reikėjo rasti ląstelių – daug ląstelių – ir pigiai.
AMRITA MARINOVieną 2014 m. vasario savaitgalį Strickland į savo automobilio bagažinę įdėjo aušintuvą, šiek tiek etanolio ir sterilius instrumentus, įsikišo į kišenę 20 USD kupiūrą ir nuvažiavo medžiais apsodintu Šiaurės Karolinos tarpvalstybiniu keliu pas Randolphą Packingą, šeimą. priklausanti mėsos perdirbimo įmonė Asheboro mieste, kuri veikė dideliame mūriniame sandėlyje gyvenamajame kelyje.
Vadovė nuvedė ją į perdirbimo zoną, kur neseniai paskerstos karvės buvo surištos kanopomis ir konvejeriu perkeltos perdirbti. Stengdamasi nuleisti akis į žemę, ji parodė į karvės tešmenį ir silpnai sumurmėjo: Prašau, norėčiau to kūrinio. Ji grįžo į savo laikiną laboratoriją, įdėjo tešmens gabalėlį į Petri lėkštelę, apibarstė jį amino rūgštimis, vitaminais, mineralais ir druskomis ir atsargiai padėjo į inkubatorių.
Kitą dieną savo tėvams skirtoje žinutėje ji rašė: Vakar nuėjau į skerdyklą ir sumokėjau vaikinui 20 USD, kad šis nupjautų tešmenį ką tik paskerstai karvei... Galima sakyti, kad nevalgysiu jautienos. kol. Atėjo šį rytą ir pastebėjo, kad ląstelės auga! Vakar ryte nugaišo karvė, bet dalis jos vis dar gyva mano laboratorijoje!
Motinos pienas gaunamas iš dviejų tipų ląstelių pieno latakuose ir alveolėse — maži maišeliai pieno liaukoje, kur kaupiasi pienas. Luminal epitelio ląstelės sugeria maistines medžiagas iš kraujo ir paverčia jas pienu. Šalia jų kanalus ir alveoles iškloja lygios, raumenis primenančios mioepitelinės ląstelės. Kai kūdikis pradeda žįsti, tai skatina mioepitelines ląsteles susitraukti ir stumia pieną iš šviesinių ląstelių per kanalus į kūdikio burną.
Trejus metus Strickland atsinešė nešiojamąjį kompiuterį į savo mažą nuomojamą laboratorijos erdvę, kad ji galėtų atlikti eksperimentus su savo karvės tešmens ląstelėmis tarp rašymo ir redagavimo užduočių. Didžiausias jos triumfas buvo įtikinti luminalines epitelio ląsteles suformuoti vientisą sluoksnį, galintį išlaikyti pienui sintetinti svarbius skyrius. Ji išsiaiškino, kurie paviršiai skatina sveikiausią ląstelių dalijimąsi ir kaip ląstelių tankis paveikė jų augimo greitį. Nė vienas iš šių atradimų nebuvo naujas, tačiau ji džiaugėsi, kad išmoko metodų, reikalingų galiausiai pereiti prie žmogaus ląstelių.
Iki 2016 m. Stricklandui pritrūko pinigų ir jis turėjo atidėti pastangas. Tačiau ši idėja jos neapleido.
Iki 2016 m. Stricklandui pritrūko pinigų ir jis turėjo atidėti pastangas. Tačiau ši idėja jos neapleido. Galiausiai, 2019 m., kai vis daugiau kultūringo maisto įmonių ėmė bandyti laboratorijoje gaminti viską – nuo mėsos iki žuvies iki vištienos grynuolių, keli draugai įtikino ją atgaivinti savo planą.
Stricklandas pasamdė dar du mokslininkus dirbti su ja. 2019 m. rugpjūtį jie buvo priimti į IndieBio – prestižinį biotechnologijų greitintuvą San Franciske, suteikiantį pradedantiesiems 250 000 USD pradinį finansavimą ir kitą paramą. Ji metė savo kasdienį darbą ir pradėjo dirbti prie projekto visu etatu.
Tačiau iškilo problema. Strickland ir du jos partneriai kilę iš panašių sluoksnių, turintys didelę mokslinę patirtį, bet riboti verslo bona fide. Kai komanda ruošėsi persikelti į Kaliforniją keturiems mėnesiams, tapo aišku, kad jie netinkami.
Maždaug tuo pačiu metu draugas Strickland supažindino su Michelle Egger, į 20 metų įžengusia maisto mokslininke. Egger nuo vaikystės žavėjosi pienu, kai užaugo Mineapolyje, kur kartą Minesotos valstijos mugėje jaunimo sviesto raižybos konkurse užėmė antrąją vietą. Po koledžo Purdue Egger įsidarbino General Mills pieno skyriuje, kur dirbo trejus metus, kol įstojo į verslo mokyklą Duke. Ji buvo antrame kurse, kai pirmą kartą sutiko Stricklandą.
Eggerį sujaudino Stricklando pasiūlymas. Daugumą mišinių kūdikiams sudaro ekologiški pieno produktai, kuriems pagaminti ir paruošti reikia daug vandens. Palmių aliejus yra dar vienas įprastas ingredientas. Vienas 2015 m. atliktas tyrimas parodė, kad gaminant vieną kilogramą pieno mišinio išskiriama keturių kilogramų anglies dvideginio emisija. Stricklando metodas galėjo būti daug veiksmingesnis.
Iš pradžių reikalai buvo sunkūs. Pakeitus komandą Biomilq prarado vietą IndieBio. Ji kreipėsi dėl kelių mokslinių tyrimų dotacijų, bet nepavyko gauti. Susirūpinusi, kad Biomilq pritrūks pinigų, Strickland pradėjo kalbėtis su savo senuoju viršininku apie grįžimą į darbą, kurį paliko. Eggeris taip pat tyliai pradėjo ieškoti darbo.
„Biomilq“ atsidūrė ant žlugimo slenksčio, kai Stricklandui ir Eggeriui buvo pažadėtas 3,5 mln. Formulių pramonė pažadėjo tai padaryti. 2020 metų pavasariui užleidus vietą vasarai, pinigai atkeliavo į „Biomilq“ banko sąskaitą.
„Biomilq“ nėra vienintelė įmonė, kurios tikslas pagaminti naujos rūšies mišinį kūdikiams. Taikydama iš esmės panašų metodą, Singapūro „TurtleTree Labs“ galiausiai tikisi pakeisti visą šiuo metu rinkoje esantį pieną, teigia vienas iš įkūrėjų Max Rye. Be kitų projektų, bendrovė stengiasi sukurti stiprintuvus, kuriuos būtų galima dėti į mišinį, kad atkartotų motinos pieno savybes. Kai kurie mišiniai jau praturtinti baltymais ir angliavandeniais, gaunamais sintetiniu būdu arba iš karvės pieno. Kitas įkūrėjas Fengru Lin paaiškina, kad, priešingai nei Biomilq, TurtleTree planuoja dirbti su formulių pramone ir tikisi, kad 2021 m.
Tuo tarpu Niujorke įsikūrusi bendrovė „Helaina“ mėgdžios motinos pieną fermentacijos būdu. Laura Katz, bendrovės įkūrėja, planuoja panaudoti mikrobus pieno sudedamosioms dalims – baltymams, angliavandeniams ir riebalams – sintetinti, o vėliau juos sujungti į maistingą skystį. Kadangi panašūs procesai jau gavo JAV maisto ir vaistų administracijos pritarimą tokiems produktams kaip „Impossible Burgers“, gaminami iš fermentuotų sojų baltymų, ji tikisi susidurti su mažiau reguliavimo kliūčių nei jos konkurentai. Kaip ir Stricklandas ir Eggeris, ją motyvuoja pasipiktinimas, kad trūksta galimybių naujiems tėvams.
Manau, kad geriausias dalykas, kurį galime padaryti, yra padėti moterims žindyti, sako Katzas. Bet jei tai neįmanoma, motinos nusipelno kažko geresnio nei dabartiniai mišiniai kūdikiams. Ji priduria, kad matau, kad visos šios naujovės vyksta gaminant mėsą iš ląstelių, skirtų žmonėms, kurie tiesiog nori suvalgyti mėsainį, tačiau produktai, kuriais maitiname kūdikius, per pastaruosius 20, 30 metų išliko statiški.
Nė vienas iš šių teiginių nebus moksliškai paprastas, iš dalies todėl, kad apie motinos pieną žinoma gana mažai. Daugumoje žmogaus pieno epitelio ląstelių tyrimų daugiausia dėmesio skiriama jų vaidmeniui sergant krūties vėžiu, o ne pieno gamybai.
Kalbant apie patį pieną, tai sotus ir gluminantis troškinys iš tūkstančių cheminių medžiagų. Mes žinome mitybą apie ten esančius baltymus, angliavandenius ir riebalus. Žinome apie tam tikras bioaktyvias molekules, tokias kaip oligosacharidus (sudėtingi cukrūs, maitinantys sveikas kūdikio žarnyne esančias bakterijas), IgA (pagrindinis motinos piene randamas antikūnas), tulžies druskų stimuliuojama lipazė (fermentas, padedantis virškinti. riebalų] – tai dalykai, kuriuos žmonės visada įvardija kaip naudingus motinos piene, sako Tarah Colaizy, Šiaurės Amerikos Žmogaus pieno bankininkystės asociacijos tyrimų direktorė, taip pat dėstanti Ajovos universitete. Tačiau ji pažymi, kad motinos piene taip pat yra trumpų RNR gijų, kurių buvimas buvo atrastas tik 2010 m., o jų vaidmuo kūdikio vystymuisi dar nėra gerai suprantamas.
Štai kodėl Stricklandas ir Eggeris planuoja panaudoti masės spektrometriją – metodą, kuriuo matuojama skirtingų molekulių masė mėginyje, kad ištirtų, kaip jų produkte esantys baltymai, oligosacharidai ir riebalai lyginami su iš krūties išsiurbto motinos pieno sudedamosiomis dalimis. Tačiau dar didesnis iššūkis – kaip standartizuoti medžiagą, kuri yra unikali kiekvienai mamai.
Motinos pieno sudėtis keičiasi vaikui augant. Pirmąsias dienas po gimdymo motinos gamina priešpienį – tirštą, geltoną, koncentruotą pieną, kuriame gausu tokių junginių kaip antikūnas IgA ir laktoferinas – gausus baltymas, stiprinantis kūdikio imunitetą. Netrukus priešpienį pakeičia pereinamasis pienas, kuris yra plonesnis, bet turintis daugiau riebalų ir laktozės. Maždaug po dviejų savaičių motinos pienas laikomas subrendusiu. Tačiau net ir tada jo sudėtis gali pasikeisti vieno maitinimo metu. Užpakalinis pienas arba paskutinis pienas, likęs krūtyje, turi didesnį riebumą nei pienas, kuris gaminamas anksčiau, todėl moterims dažnai patariama ištuštinti vieną krūtį prieš pereinant prie kitos.
Jie planuoja dirbti su nėščiomis moterimis, imdami jų pieno epitelio ląstelių mėginius ir kultivuodami jas, kad sukurtų individualų pieną, skirtą naudoti, kai gims jų kūdikiai.
Nors Eggeris ir Stricklandas pripažįsta, kad negalės atkartoti šio sudėtingumo, nei visų antikūnų ir mikrobų bet kurios moters piene, jie sako, kad jų produktas bus labiau individualizuotas nei jų konkurentų. Kaip Stricklandas įsivaizdavo dar 2013 m., jie planuoja dirbti su nėščiomis moterimis, imdami jų pieno epitelio ląstelių mėginius ir kultivuodami jas, kad sukurtų individualų pieną, skirtą naudoti, kai gims jų kūdikiai. Po to jie tikisi sukurti ekonomiškesnį bendrąjį variantą naudojant donoro ląsteles. Abu, tvirtina Eggeris, bus geresni už formulę.
„Biomilq“ tyrėjai šiuo metu dirba baltoje laboratorijoje Durhame, Šiaurės Karolinoje, kuria dalijasi su keletu kitų biotechnologijų startuolių. Šaldiklyje, nustatytame iki -80 °C (-112 °F), jie laiko mėgintuvėlius, pilnus įvairių donorų ląstelių. Kai kurie iš jų, pavyzdžiui, iš 27 metų moters, paaukojusios krūties audinį po krūtų mažinimo operacijos, buvo įamžintos – manipuliuojamos, kad daugėtų neribotą laiką.
Stricklandas ir Eggeris jau pagamino skystį, kuriame yra laktozės ir kazeino – pagrindinių motinos piene esančių baltymų ir cukraus junginių. Dabar jie išbando, ar gali aptikti kitus komponentus, pvz., oligosacharidus ir lipidus. Šiuo metu jos tobulina savo įrangą ir maistines medžiagas, kurias naudoja ląstelėms auginti, kad sužinotų, koks derinys jas labiausiai atitinka natūralaus motinos pieno sudėtį; jie apskaičiavo, kad prireiks maždaug dvejų metų, kol pavyks sugalvoti pakankamai geras rungtynes.
Vieną rugsėjo penktadienio rytą Strickland paėmė mėgintuvėlį, kuriame buvo 3 milijonai ląstelių, sušildė jį tarp rankų ir paskleidė turinį ant plastikinės audinių kultūros plokštelės. Tada kolega apipylė lėkštę šiltu geltonu skysčiu, kuriame buvo 53 skirtingos druskos, vitaminai, mineralai ir aminorūgštys. Kai plokštės paviršius buvo daugiausia padengtas besikartojančiomis ląstelėmis, jie planavo ląsteles perkelti į nedidelį bioreaktorių – plastikinį įtaisą su skaidriais vamzdeliais, sklindančiais iš jo šonų, kurie skatina augimą. Maždaug po mėnesio ląstelės pradėtų išskirti medžiagą, panašią į motinos pieną. Yra tik viena nedidelė problema, sako Stricklandas. Mes dar nežinome, kaip tai pavadinti.