Οι επιστήμονες του Κέιμπριτζ δημιούργησαν στο εργαστήριο ένα μοντέλο του ανθρώπινου εμβρύου που προέρχεται από βλαστικά κύτταρα, επαναπρογραμματίζοντας ανθρώπινα βλαστικά κύτταρα. Το επίτευγμα θα μπορούσε να βοηθήσει στην έρευνα γενετικών διαταραχών και στην κατανόηση του γιατί και πώς αποτυγχάνουν οι εγκυμοσύνες.
Το μοντέλο μας που μοιάζει με ανθρώπινο έμβρυο μας δίνει πρόσβαση στην αναπτυσσόμενη δομή σε ένα στάδιο που κανονικά είναι κρυμμένο από εμάς λόγω της εμφύτευσης του μικροσκοπικού εμβρύου στη μήτρα της μητέρας. Magdalena Zernicka-Goetz
Αυτό το μοντέλο εμβρύου, που δημοσιεύεται σήμερα στο περιοδικό Nature, είναι μια οργανωμένη τρισδιάστατη δομή που προέρχεται από πολυδύναμα βλαστικά κύτταρα και αναπαράγει ορισμένες αναπτυξιακές διαδικασίες που συμβαίνουν στα πρώιμα ανθρώπινα έμβρυα.
Η χρήση τέτοιων μοντέλων επιτρέπει την πειραματική μοντελοποίηση της εμβρυϊκής ανάπτυξης κατά τη δεύτερη εβδομάδα της εγκυμοσύνης. Μπορούν να βοηθήσουν τους ερευνητές να αποκτήσουν βασικές γνώσεις σχετικά με την αναπτυξιακή προέλευση των οργάνων και των εξειδικευμένων κυττάρων, όπως το σπέρμα και τα ωάρια, και να διευκολύνουν την κατανόηση της απώλειας της πρώιμης εγκυμοσύνης.
“Το μοντέλο μας που μοιάζει με ανθρώπινο έμβρυο, το οποίο δημιουργήθηκε εξ ολοκλήρου από ανθρώπινα βλαστικά κύτταρα, μας δίνει πρόσβαση στην αναπτυσσόμενη δομή σε ένα στάδιο που κανονικά είναι κρυμμένο από εμάς λόγω της εμφύτευσης του μικροσκοπικού εμβρύου στη μήτρα της μητέρας”, δήλωσε η καθηγήτρια Magdalena Zernicka-Goetz στο Τμήμα Φυσιολογίας, Ανάπτυξης και Νευροεπιστήμης του Πανεπιστημίου του Cambridge, η οποία ήταν επικεφαλής της εργασίας.
Και πρόσθεσε: “Αυτή η συναρπαστική εξέλιξη μας επιτρέπει να χειριζόμαστε τα γονίδια για να κατανοήσουμε τους αναπτυξιακούς τους ρόλους σε ένα πρότυπο σύστημα. Αυτό θα μας επιτρέψει να ελέγξουμε τη λειτουργία συγκεκριμένων παραγόντων, κάτι που είναι δύσκολο να γίνει στο φυσικό έμβρυο”.Στη φυσική ανάπτυξη του ανθρώπου, η δεύτερη εβδομάδα ανάπτυξης είναι μια σημαντική περίοδος κατά την οποία το έμβρυο εμφυτεύεται στη μήτρα. Αυτή είναι η περίοδος κατά την οποία πολλές εγκυμοσύνες χάνονται.
Η νέα πρόοδος δίνει τη δυνατότητα στους επιστήμονες να εισχωρήσουν στη μυστηριώδη περίοδο του “μαύρου κουτιού” της ανθρώπινης ανάπτυξης – συνήθως μετά την εμφύτευση του εμβρύου στη μήτρα – και να παρατηρήσουν διαδικασίες που δεν είχαν παρατηρηθεί ποτέ πριν άμεσα.Η κατανόηση αυτών των πρώιμων αναπτυξιακών διεργασιών έχει τη δυνατότητα να αποκαλύψει ορισμένες από τις αιτίες των ανθρώπινων γενετικών ανωμαλιών και ασθενειών και να αναπτύξει τεστ για αυτές στις έγκυες γυναίκες.
Μέχρι τώρα, οι διαδικασίες αυτές μπορούσαν να παρατηρηθούν μόνο σε ζωικά μοντέλα, χρησιμοποιώντας κύτταρα από ψάρια ζέβρα και ποντίκια, για παράδειγμα.Οι νομικοί περιορισμοί στο Ηνωμένο Βασίλειο εμποδίζουν επί του παρόντος την καλλιέργεια φυσικών ανθρώπινων εμβρύων στο εργαστήριο πέραν της 14ης ημέρας ανάπτυξης: το χρονικό αυτό όριο ορίστηκε για να αντιστοιχεί στο στάδιο όπου το έμβρυο δεν μπορεί πλέον να σχηματίσει δίδυμο. Μέχρι τώρα, οι επιστήμονες ήταν σε θέση να μελετήσουν αυτή την περίοδο της ανθρώπινης ανάπτυξης μόνο χρησιμοποιώντας ανθρώπινα έμβρυα που είχαν δωρηθεί. Αυτή η πρόοδος θα μπορούσε να μειώσει την ανάγκη για δωρεά ανθρώπινων εμβρύων στην έρευνα.
Η νέα πρόοδος δίνει τη δυνατότητα στους επιστήμονες να εισχωρήσουν στη μυστηριώδη περίοδο της ανθρώπινης ανάπτυξης – συνήθως μετά την εμφύτευση του εμβρύου στη μήτρα – και να παρατηρήσουν διαδικασίες που δεν είχαν παρατηρηθεί ποτέ πριν.
Η κατανόηση αυτών των πρώιμων αναπτυξιακών διεργασιών έχει τη δυνατότητα να αποκαλύψει ορισμένες από τις αιτίες των ανθρώπινων γενετικών ανωμαλιών και ασθενειών και να αναπτύξει τεστ για αυτές στις έγκυες γυναίκες.Μέχρι τώρα, οι διεργασίες αυτές μπορούσαν να παρατηρηθούν μόνο σε ζωικά μοντέλα, χρησιμοποιώντας κύτταρα από ψάρια ζέβρα και ποντίκια, για παράδειγμα.
Οι νομικοί περιορισμοί στο Ηνωμένο Βασίλειο εμποδίζουν επί του παρόντος την καλλιέργεια φυσικών ανθρώπινων εμβρύων στο εργαστήριο πέραν της 14ης ημέρας ανάπτυξης: το χρονικό αυτό όριο ορίστηκε για να αντιστοιχεί στο στάδιο όπου το έμβρυο δεν μπορεί πλέον να σχηματίσει δίδυμο.Μέχρι τώρα, οι επιστήμονες ήταν σε θέση να μελετήσουν αυτή την περίοδο της ανθρώπινης ανάπτυξης μόνο χρησιμοποιώντας ανθρώπινα έμβρυα που είχαν δωρηθεί. Αυτή η πρόοδος θα μπορούσε να μειώσει την ανάγκη για δωρεά ανθρώπινων εμβρύων στην έρευνα. Η Zernicka-Goetz λέει ότι ενώ τα μοντέλα αυτά μπορούν να μιμηθούν πτυχές της ανάπτυξης των ανθρώπινων εμβρύων, δεν μπορούν και δεν θα αναπτυχθούν στο αντίστοιχο μεταγεννητικό στάδιο των ανθρώπων.Κατά την τελευταία δεκαετία, η ομάδα της Zernicka-Goetz στο Cambridge μελετά τα πρώτα στάδια της εγκυμοσύνης, προκειμένου να κατανοήσει γιατί ορισμένες εγκυμοσύνες αποτυγχάνουν και άλλες πετυχαίνουν.
Το 2021 και στη συνέχεια το 2022 η ομάδα της ανακοίνωσε στα περιοδικά Developmental Cell, Nature και Cell Stem Cell ότι τελικά δημιούργησε πρότυπα έμβρυα από βλαστικά κύτταρα ποντικιών που μπορούν να αναπτυχθούν για να σχηματίσουν μια δομή που μοιάζει με εγκέφαλο, μια καρδιά που χτυπάει και τα θεμέλια όλων των άλλων οργάνων του σώματος. Τα νέα μοντέλα που προέρχονται από ανθρώπινα βλαστικά κύτταρα δεν έχουν εγκέφαλο ή καρδιά που χτυπάει, αλλά περιλαμβάνουν κύτταρα που τυπικά θα συνέχιζαν να σχηματίζουν το έμβρυο, τον πλακούντα και τον κρόκο, και αναπτύσσονται για να σχηματίσουν τους προδρόμους των γεννητικών κυττάρων (που θα σχηματίσουν το σπέρμα και τα ωάρια). Πολλές εγκυμοσύνες αποτυγχάνουν στο σημείο που αυτοί οι τρεις τύποι κυττάρων που ενορχηστρώνουν την εμφύτευση στη μήτρα αρχίζουν να στέλνουν μηχανικά και χημικά σήματα το ένα στο άλλο, τα οποία λένε στο έμβρυο πώς να αναπτυχθεί σωστά.
Υπάρχουν σαφείς κανονισμοί που διέπουν τα μοντέλα ανθρώπινων εμβρύων που βασίζονται σε βλαστικά κύτταρα και όλοι οι ερευνητές που πραγματοποιούν εργασίες μοντελοποίησης εμβρύων πρέπει πρώτα να λάβουν έγκριση από επιτροπές δεοντολογίας. Τα περιοδικά απαιτούν απόδειξη αυτής της αναθεώρησης δεοντολογίας προτού αποδεχθούν επιστημονικές εργασίες για δημοσίευση. Το εργαστήριο της Zernicka-Goetz διαθέτει αυτές τις εγκρίσεις.
“Είναι ενάντια στο νόμο και τους κανονισμούς του FDA να μεταφέρονται οποιαδήποτε μοντέλα εμβρύων σε μια γυναίκα για αναπαραγωγικούς σκοπούς. Πρόκειται για ανθρώπινα κύτταρα που έχουν υποστεί μεγάλη χειραγώγηση και η απόπειρα αναπαραγωγικής χρήσης τους θα ήταν εξαιρετικά επικίνδυνη”, δήλωσε ο δρ Insoo Hyun, διευθυντής του Κέντρου Επιστημών της Ζωής και Δημόσιας Μάθησης στο Μουσείο Επιστημών της Βοστώνης και μέλος του Κέντρου Βιοηθικής της Ιατρικής Σχολής του Χάρβαρντ.
Η Zernicka-Goetz κατέχει επίσης θέση στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας και είναι βραβευμένη με το NOMIS Distinguished Scientist and Scholar Award.
Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το Wellcome Trust και το Open Philanthropy.
Μετάφραση – Επιμέλεια κειμένου: Βίκυ Μπαφατάκη, MSc, PD Βιοηθικής
Πηγή: https://www.cam.ac.uk/research/news/human-embryo-like-models-created-from-stem-cells-to-understand-earliest-stages-of-human-development by Craig Brierley “Human embryo-like models created from stem cells to understand earliest stages of human development”
Reference: Weatherbee, B A T et al.: A model of the post-implantation human embryo derived from pluripotent stem cells. Nature; 27 June 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06368-y
