Міні-свині - надія людства

Всі медико-біологічні дослідження прийнято проводити спочатку на лабораторних тваринах. Бажано використовувати для цієї мети не тільки щурів і кроликів, а й свиней, які за багатьма біохімічним і фізіологічним характеристикам ближче до людей, ніж людиноподібні мавпи. Однак лабораторних свиней в природі не існує, тому довелося потрудитися над їх створенням.

Як зменшити свиню

Для лабораторних досліджень свині хороші всім, крім розмірів: маса дорослої тварини - 240-350 кг. Вони багато їдять, порівняно довго ростуть і займають занадто багато місця. Крім того, звичайні свині бувають агресивними, і велика тварина здатне чинити серйозний опір експериментатору. Але якщо зменшити масу свині в три-п'ять разів, її втримання обійдеться значно дешевше, а розміри будуть оптимальними для експериментальних досліджень і для утримання в звичайних віваріях в двох-триярусних клітинах. Іноді для роботи використовують молодих тварин звичайних порід, які не досягли 100 кг. І все ж дослідники вважають за краще мати справу з дрібними породами, які важать не більше дорослої людини.
Така порода є, наприклад, у Франції - корсиканські свині. Це напівдикі тварини, їх середня маса в однорічному віці становить 45 кг, до двох років - 65 кг. Працювати з корсиканськими свинями незручно через їх агресивну поведінку, а також тому, що вони покриті довгою грубою щетиною.
У Колорадском університеті (США) вивели юкатанских лабораторних міні-свиней. Їх отримали шляхом відбору серед тварин місцевої породи, завезених з Юкатанського півострова. Свинки і так були невеликі, а після селекції на зменшення розмірів і маси стали ще дрібніше і важать 40-50 кг. Це спокійні, доброзичливі тварини з рідкою щетиною, вони прекрасно переносять транспортування на значні відстані. З ними працюють у багатьох лабораторіях США, Франції, Англії, Японії, Італії, Німеччини та інших країн. Останнім часом стали вирощувати і розводити так званих юкатанских мікропігів, що мають в двомісячному віці живу масу 6-8 кг, а в шестимісячному 16-20 кг. Коштують вони від 300 і більше доларів в США і від 1000 євро в Європі.
Однак не завжди породи лабораторних свиней отримують, відбираючи найдрібніших з дрібних. Найчастіше для селекції використовують кілька підвидів домашніх і диких свиней європейських і азіатських форм. Таким шляхом в США, Німеччині, Японії і Китаї вивели більше десяти лабораторних порід. Наприклад, Хенфордского міні-свині, створені спеціально для радіобіологічних досліджень, - результат схрещування білої паллоускої породи з пітманмурськимиі міні-свинями.
Зарубіжні лабораторні свинки дорогі і погано переносять суворі умови. У Росії є міні-свині оригінальної селекції - «мінісібс» (мініатюрна сибірська свиня), результат багаторічної гібридологічної роботи фахівців Інституту цитології і генетики СВ РАН. Ці роботи почали ще в 1960 році. Білу масть і плодючість мінісібси отримали від шведських ландраських свиней, а карликове зростання - від в'єтнамської плямистої породи, таіладських дрібних чорних свиней і в'єтнамських маскових чорних свиней породи. Щоб свинки мали міцну конституцію, використовували дрібних гірських середньоазіатських кабанів з Киргизького Сари-Челекский заповідника.

Динаміка живої маси у міні-свиней і мікропігов США, мінісібсов і супердрібних мікросибсів ІЦіГ СО РАН.

Для порівняння наведені дані по вихідній породі мінісибсів-ландрас

Процеси виведення мінісибсів можна умовно розділити на кілька етапів. У перші п'ять років вивчали вихідні форми і отримували гібриди між ландраською і в'єтнамськими породами, потім схрещували ландрас-в'єтнамські помісі з диким середньоазіатським кабаном, на наступному етапі покращували міцність конституції, скоростиглість і плідність гібридів, для чого використовували дикого центральноєвропейського кабана і його гібриди з ландраською породою. І нарешті, проводили відбір серед отриманих тварин, домагаючись бажаних породних ознак.
Мінісибси вигідно відрізняються від інших відомих міні-свиней міцною конституцією, високою життєздатністю, багатоплідністю (вісім поросят на послід) і переважно білою мастю, яка зручна при вивченні шкірних захворювань і тестуванні нових лікарських препаратів, що викликають алергічні реакції у людини.
Існують різні стандарти міні-свиней. У найбільших тварин масою близько 50-70 кг розміри серця, селезінки, підшлункової залози, печінки і наднирників аналогічні розмірам відповідних органів дорослої людини. Але в багатьох випадках краще мати тварин подрібніше. Тому на основі мінісибсів створили лабораторних супердрібним свиней. При народженні вони важать від 500 до 800 г, в два місяці - всього 4-5 кг, а в шість - 15-18 кг. Такі свинки дуже зручні для навчально-методичних робіт, фармакологічних і токсикологічних досліджень, для удосконалення мікрохірургічних апаратів, як можливе джерело донорських органів для дітей.
Своїм супердрібним тваринам дали умовну назву «мікросибс». Це найменші з усіх існуючих лабораторних міні-свиней, і, головне, вони адекватні до наших спартанських умов утримання. Завдяки їх компактній статурі і спокійної поведінки мікросибсам в віваріях потрібно значно менше місця, ніж лабораторним собакам аналогічних розмірів. І їдять вони небагато. Іноді поросята-сисуни залишаються без матері, і доводиться вигодовувати їх штучно. Звичайного порося-сосуна вагою 1,5 кг виходити непросто, але, коли співробітникам лабораторії екологічного виховання інституту довелося плекати новонародженого мікросибса вагою всього 400 г, вони впоралися із завданням, і тепер цей малюк-штучник нічим не відрізняється від своїх побратимів.
Хоча мінісибси в кілька разів дешевше закордонних порід, на них немає поки, на жаль, належного попиту з боку вітчизняних медиків.

Велика користь від маленької свині

Лабораторні свинки заслужено користуються репутацією найкращої моделі для медико-біологічних досліджень, оскільки їх органи розмірами, анатомічними і функціональними особливостями в нормі і при патології подібні до людських.
У міні-свиней і людей практично однакове розташування всіх судин кардіоваскулярної системи. Невелика анатомічна відмінність полягає тільки в тому, що у свині є додаткова мала ліва непарна вена, яка входить в коронарний синус. У інших лабораторних тварин - щурів, кроликів, собак - кардіоваскулярна топографія судин і гемодинамічні особливості більшою мірою відрізняються від людських. Так само подібні до людських підшлункова залоза і органи виділення, включаючи нирки, нейрогуморальна система, органи статевої системи, в тому числі простата і насінники у самців, яєчники і фаллопієві труби у самок.
Свині володіють досить великим головним мозком і високорозвиненою центральною нервовою системою. За поведінкових реакцій їх включають в першу десятку видів тварин з найбільш високим рівнем розумового розвитку. На свинях досліджують такі серйозні захворювання, як невроз або шизофренія. На них можна моделювати властиві людині стресові явища, викликані фізичними і нервовими навантаженнями. Ці тварини легко звикають до алкоголю і наркотиків і реагують на них, як люди, тому являють собою саму адекватну модель для розробки нових методів діагностики і лікування.
«По-людськи» свині реагують і на ліки; на них можна визначати речовини, небезпечні для здоров'я людини, хоча і не викликають несприятливих реакцій у інших традиційних лабораторних тварин. Наприклад, для лікування хвороби Альцгеймера дослідники запропонували три препарати: такрин, донепезил і фізостигмін. Ці речовини випробували на мишах, щурах і собаках і ніякої токсичності не виявили. Однак коли такрину стали лікувати людей, у 25% пацієнтів розвинувся некроз печінки. Всі три препарати тепер вважаються специфічними для людини отрутами, адже це можна було передбачити, будь випробування проведені на міні-свинях.
У деяких дослідженнях свиней не можна замінити ніякими іншими лабораторними тваринами, навіть мавпами. Подібність будови шкіри у свині і людини, відсутність пігментації і волосяного покриву роблять їх найкращим об'єктом для вивчення і розробки методів лікування будь-якого роду шкірних захворювань і поразок, включаючи опіки. Величезне значення мають дослідження можливості трансплантації спеціально обробленої шкіри.
Для радіобіологічних досліджень і моделювання дії проникаючої радіації на організм дуже зручні міні-свині вагою від 10 до 100 кг, оскільки у тварин такого розміру ставлення живої маси до загальної поверхні тіла аналогічно людському.
Для медико-біологічних досліджень дуже важливо схожість травної системи міні-свиней і людини, яке обумовлене загальним рослинно-м'ясним типом харчування - «всеїдністю». Шлунок у міні-свиней - типовий однокамерний, відносна довжина кишечника дуже велика, приблизно в 15 разів більше довжини тулуба. Тому багато гастроентерологічних досліджень краще проводити саме на міні-свинях, а не на собаках.
Завдяки однаковому типу харчування і особливостям ліпідного і глюкозного метаболізму людина і міні-свині хворіють подібними хворобами, в тому числі діабет другого типу, спонтанним інфарктом і метаболічним синдромом, який включає в себе знижену чутливість тканин організму до інсуліну, відкладення жиру в області живота, підвищений артеріальний тиск і порушення ліпідного обміну. Синдром дуже швидко призводить до розвитку цукрового діабету другого типу (інсуліннезалежного), атеросклерозу, ішемічної хвороби серця. В індустріальних країнах від нього страждає вже 10-20% населення старше 30 років. Нові засоби проти метаболічного синдрому відчувають на міні-свинях, досліджують також процеси жироутворення у свиней. Вчених, зокрема, цікавить активність ферментів, відповідальних за цей процес, в нормі, при різних патологіях і при впливі тих чи інших ліків.
Фахівці відзначають схожість фізіології травлення і потреби в поживних речовинах у новонароджених дітей і поросят, хоча у дитини при народженні відносна кількість жиру більше. Тому поросят зручно використовувати для перевірки рецептів сумішей для дитячого харчування. Особливо гарні вони виявилися при вивченні раціону передчасно народжених дітей, а також немовлят, які не отримували достатньо білків, вуглеводів та інших поживних речовин.
Багато наукових досліджень, що виконуються на міні-свинях, присвячені розвитку атеросклерозу судин серця і мозку, впливу різних препаратів на порушення діяльності серцево-судинної системи, діабету, різних форм гепатиту, корекції порушень зубної системи і розвитку різних частин скелета. Один лише перелік всіх завдань, для вирішення яких використовують міні-свиней, зайняв би багато місця, але ми більш детально зупинимося на проблемі ксенотрансплантації.

Міні-свині як донори

Щорічно у всьому світі в донорських органах гостро потребують тисячі пацієнтів. Навіть у такій порівняно невеликій країні, як Англія, щороку виробляють понад десяти тисяч трансплантацій. Але ця потреба не може і ніколи не зможе бути задоволена за рахунок тільки людських донорських органів. Хронічний і практично нескінченний дефіцит неминуче погіршується об'єктивними причинами: високою індивідуальною імуногенетичною специфічністю органів, надзвичайною складністю їх отримання і, на жаль, захмарною вартістю. В якості альтернативи можна запропонувати ксенотрансплантацію - пересадку органів від тварин. Однак на роль тварин-донорів підходять не мавпи і не собаки, а тільки міні-свині, як по анатомічним і фізіологічним, так і по чисто фінансових причин. Не всі згодні з таким рішенням. Висловлюють протест «зелені», а також представники релігійних конфесій, які вважають свиню нечистою твариною. Хоча в Ізраїлі є кібуц «Лахав», де свиней вирощують і використовують для біотехнологічних цілей, і там є прекрасна експериментальна лабораторія, щодня поставляє медикам необхідні органи і тканини для ксенотрансплантаціонних експериментів і хірургічного лікування.
Співробітники Новосибірського науково-дослідного інституту травматології та ортопедії Міністерства охорони здоров'я (НІІТО) під керівництвом професора Алли Михайлівни Зайдман показали, що міні-свиню можна використовувати в якості донора при ксенотрансплантації хрящової і кісткової тканини. У практиці сучасної медицини для корекції переломів тіл хребців у літніх людей використовують кістковий цемент. Застосування цементу призводить до ускладнень: термічним і хімічних опіків кісткової тканини, асептичного некрозу в області імплантації та інших небажаних наслідків. Успішною альтернативою використанню кісткового цементу виявився хондротрансплантат, розроблений співробітниками НІІТО (патент РФ на винахід № 2 392 973), - тривимірна структура на основі культивованих клітин хрящової тканини ембріонів міні-свиней, а також двотижневих і місячних міні-поросят. Клітини в тривимірному матриксі зберігають нормальний метаболізм і при достатньому кровопостачанні швидко і повно відновлюють структуру пошкодженої кістки.
Перші дослідження з використання замість кісткового цементу трансплантаційного матеріалу від свиней в НІІТО провели в 2009-2010 роки, правда, не на людях, а на собаках. Всі досліди проводили відповідно до положень Гельсінкської декларації Всесвітньої медичної асоціації та Правилами проведення робіт з використанням експериментальних тварин. Під загальним наркозом у собак-реципієнтів в тілах чотирьох поперекових хребців вирізали шматочок розміром 2 см3. У створений дефект вставляли такого ж розміру ксенотрансплантати, що складається з клітин хрящової і кісткової тканин міні-свиней. Контролем служили аналогічні дефекти в тілах хребців, не заповнені трансплантатом. Всі собаки були приблизно одного розміру і віку. Вже через три місяці після трансплантації зона дефекту заповнилася молодою кістковою тканиною і кістковим мозком, а через півроку в зонах оперованих дефектних хребців повністю сформувалася кісткова тканина. Визначити межі між відновленої і старої кісткою на цій стадії вже неможливо.
У Кемеровському науково-виробничому відділі біотехнології СО РАМН під керівництвом академіка Леоніда Семеновича Барбараш налагоджено виробництво біопротезів аортальних клапанів серця. Протези збирають з декількох стулок клапанів підходять за розмірами мінісібсов. Донорські стулки мають певну товщину і еластичність, на них відсутні фіброзні і жирові переродження, кальцієві відкладення, практично немає м'язів - вони складаються зі сполучної тканини, що не викликає відторгнення у пацієнта. Ці протези за багатьма показниками перевершують американські аналоги, вартість яких в кілька разів вище. Першу в Росії операцію протезування серцевого клапана з використанням матеріалу, отриманого від мінісібса, зробили в 1978 році в Кемеровському кардіоцентрі. З тих пір російські лікарі провели тисячі успішних імплантацій біопротезів серцевих клапанів.
При заміні серцевих клапанів, особливо коли вони призначені для дитини, ситуація часто ускладнюється тим, що розмір імпланта не змінюється в міру зростання пацієнта і клапан, який стає малий, доводиться замінювати. Вирішення цієї проблеми запропонували фахівці Лейбніцевскіе лабораторії біотехнології і штучних органів (Ганновер, Німеччина). З клапана донора, міні-свині геттингенскої породи, видаляли всі м'язові клітини і залишали тільки каркас з сполучної тканини. Потім каркас заселяли стовбуровими клітинами, виділеними з кісткового мозку або крові реципієнта. Такий новий, вирощений за кілька тижнів клапан не викликає імуногенною відторгнення і, головне, зростає разом з пацієнтом. За 15 років трансплантацію зростаючих клапанів провели більш ніж 20 дітям різного віку, і багатьом з них повторна трансплантація не знадобилася.
Медицина потребує не тільки в клапанах, а й в цілих донорських органах. Донора, відповідного з імунологічної точки зору, навіть серед людей знайти непросто, а зі свинями проблем ще більше, однак, незважаючи на це, потенційний світовий ринок сердець, нирок, підшлункової залоз та інших органів міні-свиней по найбільш обережними розрахунками перевищує 5 млрд. доларів.
У 1998-2009 роках фахівці Інституту цитології і генетики (ІЦіГ) СО РАН та Науково-дослідного інституту патології кровообігу (НІІПК) МОЗ України ім. Е.Н.Мешалкіна експериментально перевірили можливість використання мінісибсів як потенційні донори для ксенотрансплантації серця людині. Серце пересаджували від однієї свинки інший, щоб перевірити, як воно витримує трансплантацію. Виявилося, що технічно це можливо. Більш того, анатомічні особливості серця і всіх коронарних судин мінісібсов, а також їх гемодинамічні параметри при трансплантації виявилися практично повністю подібними з людськими. І пересадки серця від мініатюрних сибірських свиней до людини можна було б робити хоч зараз, якби не дві серйозних перешкоди. Маса серця у мінісібса вагою 20-55 кг становить 108-232 г - органи такого розміру підходять тільки для дітей. Щоб пересаджувати серця дорослим пацієнтам, потрібні більші особини. Тоді запропонували нову схему селекції, спрямовану на збільшення розмірів серця міні-свиней, - при цьому маса однорічних тварин повинна збільшитися до 50-70 кг.
Але головна складність при ксенотрансплантації органів міні-свині людині обумовлена гістонесумістністю. Імунна система реципієнта відторгає пересаджені донорські органи. Якщо донор - міні-свиня, то в ролі основного антигену, тобто елемента, що викликає відторгнення, виступає дісахарідна група - дві галактози, з'єднані альфа-(1,3)-зв'язком: Gal- -(1,3)-Gal. Вона є у міні-свиней, але відсутній у людей. Фахівці розглядають кілька шляхів вирішення цієї проблеми. Можна використовувати препарати, що пригнічують вироблення антитіл пацієнта проти дисахаридного групи, а можна вивести трансгенних тварин з відключеним геном альфа-(1,3)- галактозілтрасферази (GGTA1) - ферменту, який регулює утворення нещасливого дісахариду. Це складно, але такі роботи активно йдуть в декількох лабораторіях світу. У 2002 році фахівці корпорації «Immergе Bio Therapeutics» (США) оголосили про народження чотирьох трансгенних поросят з відключеним GGTA1, через кілька місяців п'ятьох таких поросят отримали вчені Единбурзького університету біотехнології та лабораторії генетики тварин американської корпорації «PPL Therapeutics». Представники цієї компанії повідомили, що всі поросята здорові і їх органи добре підходять для ксенотрансплантації.
У 2005 році клоновані поросята народилися в хайнаньському університеті КНР, а в 2009 році в спеціальній науковій лабораторії при Клінічному центрі трансплантології провінція Сичуань приступили до дослідів по ксенотрансплантації різних внутрішніх органів від міні-свиней до шимпанзе. Китайські медики планують пересаджувати печінку, підшлункову залозу, нирки та інші органи, найбільш затребувані в клінічній медицині. На тлі цих успіхів каліфорнійська компанія «Genon Bio-Med» припинила фінансування подальших досліджень в даній області, побоюючись теоретично можливих негативних наслідків ксенотрансплантації, наприклад будь-яких невідомих хвороб від випадково взятих свиней. У Росії роботи по отриманню трансгенних гістосумісності поросят з різних причин перебувають у початковій стадії.
Вчені розробляють і інші способи використання міні-свиней в якості донорів. Фахівці університету Міннесоти під керівництвом Доріс Тейлор планують виростити серце, печінку, нирки, підшлункову залозу зі стовбурових клітин пацієнта, який потребує пересадки, на каркасі відповідного органу міні-свині, подібно до того, як німецькі вчені вирощували «зростаючі» серцеві клапани. Спочатку донорський орган обробляють спеціальним складом, який звільняє його від м'язів, залишаючи лише нейтральні для імунної системи білки сполучної тканини, а потім ростять на цьому каркасі нові тканини зі стовбурових клітин реципієнта. Дослідники провели попередні експерименти на серці щура. Стовбурові клітини тварини-реципієнта за кілька днів розросталися на донорському каркасі, і через тиждень штучне серце вже перекачувати кров в тілі щура, власне серце якої було видалено. Зараз аналогічні дослідження проводять на міні-свинях.
Але міні-свині не тільки несуть медичну службу. Це чудові домашні вихованці, розумні, доброзичливі і спокійні тварини, які прекрасно уживаються в квартирах. Вони допомагають зберегти гарний настрій, оптимізм і здоров'я. Після мінімального дресирування свинки строго дотримуються санітарного режиму. Їх можна вигулювати, як собачок. При цьому їм потрібно менше місця, ніж псу аналогічного розміру, пам'ятаєте? Мінісібси відмінно ладнають з дітьми.
У мінісібсов прекрасний нюх. Певні запахи вони відчувають на глибині 20 см з відстані 50 м. Мінісібси прекрасно виявляють наркотики і вибухові речовини, але набагато приємніше шукати з ними трюфелі - пахучі підземні гриби. Хімічне або радіаційне забруднення навколишнього середовища негайно позначається на стані шкіри міні-свині, тому вона може служити індикатором екологічного неблагополуччя. Її можна уподібнити канарці, яку шахтарі брали під землю через її чутливості до метану. У багатьох любителі щорічно влаштовують змагання міні-свиней з бігу на різні дистанції. В Австралії свинки плавають і стрибають у воду з високих трамплінів. І якщо на Марсі будуть коли-небудь яблуні цвісти, то чому б під ними не гуляти мініпіги?