Naukowcy wyhodowali cały model ludzkiego zarodka bez spermy i komórki jajowej

Model ludzkiego zarodka pochodzącego z komórek macierzystych przedstawiający komórki niebieskie (zarodek), komórki żółte (woreczek żółtkowy) i komórki różowe (łożysko)

Zespół z Instytutu Weizmann mówi, że ich model zarodka, stworzony z komórek macierzystych, wygląda jak podręcznikowy przykład prawdziwego 14 dniowego zarodka. Wydzielił on również hormony, które sprawiły, że test ciążowy w laboratorium wyszedł pozytywny.

Modele zarodkowe mają za zadanie dostarczyć etycznego sposobu na zrozumienie najwcześniejszych chwil naszego życia. Pierwsze tygodnie po tym jak sperma zapłodni komórkę jajową to czas radykalnych zmian - od zbioru niewyraźnych komórek do czegoś, co ostatecznie staje się rozpoznawalne podczas skanowania dziecka. Ten kluczowy czas jest dużym źródłem poronienia i wad wrodzonych, ale słabo rozumianych. “To jest czarna skrzynka i nie jest to banał – nasza wiedza jest bardzo ograniczona,” powiedziała profesor Jacob Hanna z Instytutu Weizmann.

Początkowy materiał

Badania na temat zalążków są legalnie, etycznie i technicznie uciążliwe. Jednak teraz nagle rozwija się pole do poznania rozwoju naturalnego zalążka. To badanie, opublikowane w czasopiśmie Nature, opisane zostało przez zespół Israeli jako pierwszy ukończony model zarodka naśladujący wszystkie kluczowe struktury, które pojawiają się we wczesnym zarodku. “To naprawdę jest podręcznikowy przykład ludzkiego 14-dniowego zarodka, co nigdy wcześniej nie było dokonane,” powiedziała profesor Hanna.

Zamiast spermy i komórki jajowej, początkowym materiałem były uprzednio nieleczone danym lekiem komórki macierzyste, które były przeprogramowane, aby otrzymać potencjał i stać się jakimkolwiek rodzajem tkanki w organizmie.

Następnie zastosowano środki chemiczne, aby nakłonić te komórki macierzyste do przekształcenia się w cztery typy komórek występujących na najwcześniejszych etapach ludzkiego zarodka:

• komórki epiblastyczne, które stają się zarodkiem (lub płodem),
• komórki trofoblastów, które stają się łożyskiem,
• komórki hipoblastyczne, które stają się wspierającym woreczkiem żółtkowym,
• komórki mezodermiczne pozazarodkowe

W sumie 120 tych komórek zostało zmieszanych w precyzyjnej proporcji, a następnie naukowcy cofnęli się i obserwowali.

Około 1% mieszanki rozpoczęło podróż samoistnego składania się w strukturę, które przypomina, lecz nie jest identyczna, jak ludzki zarodek. “Całe uznanie daje komórkom - należy przynieść odpowiednią mieszankę w odpowiednim otoczeniu, a reszta robi się sama,” mówi profesor Hanna. “Jest to niesamowity fenomen.”

Modele zarodka mogły rosnąć i się rozwijać do momentu, gdy były porównywalne do zarodka 14 dni po zapłodnieniu. W wielu państwach jest to prawnie dopuszczalna granica dla normalnych badań nad zarodkami.

Pomimo rozmowy wideo o późnej porze, w głosie profesor Hanny słychać pasję, podczas gdy oprowadza mnie po trójwymiarowej wycieczce po „niezwykle pięknej architekturze” modelu zarodka. Widzę trofoblast, który normalnie stałby się łożyskiem, otaczający zarodek. Obejmuje to jamy – zwane lukami – które wypełniają się krwią matki, aby przekazać składniki odżywcze dziecku. Istnieje woreczek żółtkowy, który pełni niektóre funkcje wątroby i nerek, oraz dwuwarstwowy krążek zarodkowy - jedna z kluczowych cech charakterystycznych tego etapu rozwoju zarodka.

Ma sens

Nadzieja, że modele zarodka mogą pomóc naukowcom wytłumaczyć jak różne typy komórek wyłaniają się, doświadczając najwcześniejsze kroki w budowie organów ciała, czy zrozumieć odziedziczone lub genetyczne choroby. Już teraz to badanie pokazuje, że różne części zarodka nie uformują się jeśli komórki łożyska nie będą ich otaczać.

Pojawiła się nawet rozmowa o poprawie wskaźników powodzenia zapłodnienia in vitro poprzez pomoc w zrozumieniu przyczyn niepowodzenia niektórych zarodków lub użycia modeli by przetestować czy przyjmowanie leków podczas ciąży jest bezpieczne.

Profesor Robin Lovell Badge, który bada rozwój zarodków w Instytucie Francisa Cricka, zaznacza, że modele zarodków “wyglądają całkiem dobrze” i “wyglądają całkiem normalnie.” “Myślę, że jest dobrze, myślę, że wszystko idzie w dobrym kierunku, ma sens i jestem pod wrażeniem,” mówi Badge. Jednak obecny wskaźnik niepowodzenia wynosi 99% i musi, zostać ulepszony, dodaje. Byłoby trudno zrozumieć, co się dzieje nie tak w poronieniu lub niepłodności, jeśli model przez większość czasu nie składał się sam.

Prawnie odrębne

Ta praca także zwraca uwagę na pytanie, czy modele zarodków mogłyby zostać zmimikowane po etapie 14-tego dnia. Byłoby to nielegalne, nawet w Wielkiej Brytanii, ponieważ modele zarodkowe różnią się prawnie od zarodków. "Niektórzy będą zadowoleni - ale inni nie", mówi profesor Lovell-Badge. Im bardziej te modele zbliżają się do prawdziwych zarodków, tym więcej pytań etycznych powodują. Nie są one normalnymi ludzkimi zarodkami, są modelami zarodków, ale są bardzo zbliżone do siebie.

"Czy więc powinno się je regulować w taki sam sposób, jak normalne ludzkie zarodki, czy można być trochę bardziej zrelaksowanym w traktowaniu ich?"

Profesor Alfonso Martinez Arias z wydziału nauk eksperymentalnych i zdrowotnych Uniwersytetu Pompeu Fabra powiedział, że jest to "najważniejsza praca badawcza". “Ta praca osiągnęła, po raz pierwszy, wierną konstrukcję kompletnej struktury ludzkiego zarodka z komórek macierzystych” w laboratorium, “otwierając w ten sposób drzwi do badań nad wydarzeniami, które prowadzą do powstania planu ludzkiego ciała” – powiedział.

Badacze zaznaczają, że byłoby to nieetyczne, nielegalne i niemożliwe, by zajść w ciążę używając modeli zarodków - złożenie 120 komórek w jedną całość przekracza punkt, w którym zarodek może z powodzeniem zagnieździć się w wyściółce macicy.