Създадоха синтетичен човешки ембрион. Сега какво?

Периодът до 14-тата седмица от живота на ембриона е известен сред учените като „черната кутия“ на човешкото развитие. Законите и етичните норми позволяват лабораторните изследвания само в рамките на този времеви отрязък. С помощта на синтетично създадени ембриони можем да извлечем много повече информация за началните процеси на развитие, като се елиминира необходимостта от използването на истински ембриони.

Ембрионално развитие при човека

Ембрионалното развитие започва с оплождането. От уроците по биология в училище знаем, че това е процесът на обединяване на женската и мъжката гамета (половите клетки) – яйцеклетка и сперматозоид. Дали възниква естествено в репродуктивната система на жената, или с помощта на т.нар. асистирана репродукция извън човешкото тяло, резултатът е формирането на структура, наречена зигота. Когато жената е в период на овулация, се отделя една яйцеклетка във фалопиевите тръби (или повече – в случаите на двуяйчни близнаци). Оплодената яйцеклетка (зиготата) се придвижва към матката и започва да се дели до образуването на бластоцист.

Бластоцистът е съставен от две групи клетки, изграждащи вътрешната (еритробласт) и външната му част (трофобласт). Той е обграден от защитен слой по време на развитието си, наречен зона пелуцида (zona pellucida), подобна на черупка на яйце. Клетките от външната страна са разположени под това покритие и в следващите стадии образуват плацентата и обграждащите я тъкани. Клетките във вътрешността се превръщат в различните тъкани и органи на човешкото тяло.

При човека клетките на бластоциста се делят бързо в първите няколко дни от развитието преди имплантирането му в матката. След това обвивката се разрушава и освобождава бластоциста, който се придвижва през фалопиевите тръби и се имплантира в матката на десетия ден. Когато бластоцистът стигне до финалните стъпки на имплантиране, той се превръща в ембрион. Развиват се структури като уста, долна челюст, гърло. По това време започват да се формират също кръвоносната система и сърцето. Развиват се ушите, ръцете, краката, пръстите и се оформят очите. На този етап главният и гръбначният мозък вече са формирани, а храносмилателната система и сензорните органи тепърва започват да се развиват. Първите образувани кости лека-полека заместват хрущяла.

Между 10-тата и 12-тата седмица на бременността ембрионът преминава към последната фаза на развитие – фетус. Органите продължават да се развиват и растат и фетусът се превръща в бебе на осмия месец. Към края на бременността през деветия месец бебето реагира на стимули, може да движи цялото си тяло и започва да му става тясно.

Стволови клетки

Стволовите клетки са уникални заради възможността си да се превръщат в различни видове специализирани клетки. Всички органи в човешкото тяло водят началото си от ембрионалните стволови клетки (ESC). ESC са полезен инструмент за изучаването на комплексните механизми, участващи в развитието на специализирани клетки и на органни структури.

Стволовите клетки могат и да се самообновяват. Те могат да се реплицират много пъти, за разлика например от нервните или мускулните клетки. Деленето на стволовите клетки бива два вида: симетрично и асиметрично. При симетричното се получават две дъщерни стволови клетки, а при несиметричното – една стволова и една диференцирана.

Как стволови клетки остават в недиференцирано състояние, вълнува немалка част от учените, които се занимават с изследвания на ембрионалното развитие, стареенето, регенеративните процеси и др. От друга страна, стои въпросът какво предизвиква една стволова клетка да се превърне в определен специализиран вид клетка. Част от сигналите, които провокират този процес, са фактори (най-често различни видове хормони), секретирани от заобикалящите клетки, физически контакт със съседни клетки и определени молекули в микросредата.

Синтетичен модел на човешкия ембрион

По-рано тази година изследователи от научния институт „Вайцман“ публикуваха статия, описваща създаването на първия човешки синтетичен ембрион. Техният модел на ембрион е създаден от стволови клетки без участието на яйцеклетка и сперматозоид. Изкуственият ембрион се развива до 14-тата седмица и изглежда като перфектния пример по учебник. Ембрионът се намира в клетъчна култура. Част от изследването включва и провеждане на тест за бременност чрез вземане на проба от средата, в която „живее“ ембрионът. Тестът е положителен, тъй като създаденият ембрион освобождава характерните за този период хормони.

Изкуственият ембрион успява точно да имитира структурите, характерни за ранните етапи на ембрионалното развитие. За да постигнат това, учените използват определени химични стимули, с които подканват стволовите клетки да се превърнат в точно определен вид диференцирани клетки: епибласт (който накрая се превръща във фетус), трофобласт (който образува плацентата), хипобласт (който образува хориона) и екстраембрионален мезодерм. Избрани са 120 от тези клетки в определено съотношение и са събрани в едно. Само малка част от тази смес започва самостоятелно да се подрежда, диференцира и разраства, докато накрая не заприличва на копие (ненапълно съвършено) на истински човешки ембрион.

Учените от екипа описват феномена като „изключително фина архитектура“. Но за какво ни е всъщност да имитираме природата? Надеждата на учените е, че този тип модели ще позволят да се изяснят конкретните механизми, чрез които се формират органите в човешкото тяло, а също така да се подобрят инвитро процедурите за оплождане. Друго приложение е тестването на лекарства, за да се провери дали приемането им е безопасно по време на бременност.

Етика на научните изследвания с човешки ембриони

За момента научните изследвания с човешки ембриони и клетъчни линии от ембрионални стволови клетки са етично и законово приемливи при спазване на определени правила и стандарти за работа. Общо правило, прилагано в много страни, е научните изследвания с участието на човешки ембриони да се провеждат само до 14-тата седмица от развитието им.

Въпреки това ембрионалните модели технически и законово не са истински ембриони и не подлежат на същите закони. Тук стои въпросът дали е редно да се правят опити за създаване на технология, с която изкуственият ембрион да може да расте и след 14-тата седмица, с цел да научим повече за началните стадии на човешкото развитие. Учените тепърва разработват нови правила за работа със синтетични ембриони. Тези модели биха позволили да се изяснят причините за често срещаните загуби на бременността в най-ранния етап на развитието на ембриона, както и за епигенетични, генетични и хромозомни болести.

Заглавно изображение: Човешки ембриони в ранен стадий на развитие. Източник: Flickr.com