ТИЖНЕВИК TVP: «Ембріони миші, створені без ооциту або сперматозоїда, – для чого все це та що нас ще чекає далі?» – дізнавався нещодавно науковий журнал «Nature». Чи не могли б Ви просто пояснити, що відбулося?

АННА АЙДУК: «Синтетичні ембріони» формуються протягом декількох років зі стовбурових клітин, які здатні розвиватися потім у різні інші типи клітин. Виявилося, що з них можна «склеїти» (із наукової точки зору – агрегувати) утворення, що нагадують ембріони. Їх називають по-різному: синтетичні ембріони, штучні ембріони або ж ембріоїди.

У статті «Nature» коментуються дві найновіші праці на цю тему. Одна з них походить з Ізраїлю, із групи Якоба Ханни з Інституту Вейцмана в Реховоті. Появі іншої праці ми завдячуємо команді, яку очолює полька Магдалена Жерницька-Гетц, alma mater якої є Кафедра ембріології Варшавського університету. Дослідниця багато років працює в Кембридзькому університеті у Великобританії, а тепер також у Каліфорнійському технологічному інституті в Пасадені, США.

Перші ембріоїди були створені приблизно п’ять років тому, і з самого початку команда Магди Жерницької-Гетц розробляла ці дослідження. Штучні ембріони за своєю будовою нагадують звичайні ембріони, і багато процесів у них відбуваються аналогічно, завдяки чому вони можуть бути чудовим інструментом для вивчення механізмів ембріонального розвитку й причин різних захворювань, що виникають у житті плоду.

Стовбурові клітини – це широке поняття. Про які клітини йдеться в цьому випадку?

Ембріоїди утворюються з так званих плюрипотентних стовбурових клітин, тобто таких, які можуть перетворюватися на багато інших типів клітин. Їх найлегше отримати від ембріона на дуже ранній стадії розвитку (що називається – бластоциста), тобто безпосередньо перед імплантацією в матку. У природних умовах з них розвиваються ембріональні тканини, але вже не ті, що були потрібні для розвитку, такі як плацента або ж деякі оболонки плоду.

На сьогодні вдалося отримати майже досконалий ембріоїд, склеївши між собою три види таких ембріональних стовбурових клітин. Один, із якого формується тіло ембріона, і два, які були змінені так, щоб відповідно ставати клітинами плаценти й однієї з оболонок плоду (жовткового пухирця). Це було зроблено, працюючи на мишачому матеріалі, а не на людському.

Що ж такого унікального в працях з Кембриджа й Реховота, що вони як буря пронеслися через наукові ЗМІ?

Успіх полягає в більш тривалому, ніж будь-коли раніше, розведенні мишачих ембріоїдів і спостереженні таких ембріональних процесів, як, наприклад, формування нервової системи або серця. Раніше ми не мали змоги спостерігати їх <і>in vitro, тому відповідно – не могли дослідити детально. Крім того, до недавнього часу мишачі ембріони чи ембріоїди вдавалося зберігати при розведенні до шостого-сьомого дня розвитку. У працях, про які ми говоримо, натомість це вже 8,5 дня. Різниця не велика, але з наукової точки зору вона є дуже істотною.

Ну, так, адже вагітність у мишей триває 20 днів, тобто ще трохи й ми дістанемося в інкубаторі до її половини.

Тут виявилося важливим саме поєднання між собою стовбурових клітин, які здатні виробляти тіло ембріона, і тими, які здатні виробляти позаембріональні структури. Клітини, що їх складають, доносять безліч сигналів, котрі діють як дороговкази, що говорять клітинам ембріона, де саме вони повинні розташуватися, аби ембріон знав, наприклад, де в нього передня частина, а де задня. На цьому етапі розвитку клітини не тільки інтенсивно діляться (тому ембріон росте) й диференціюються (у результаті чого утворюється багато різних тканин), але й масово переміщуються, аби потрапити у відповідне для них місце.

Друга технічна новинка – це спеціальний інкубатор із Інституту Вейцмана.

Зазвичай розвиток таких ембріонів відбувається вже в матці, тому для їх дослідження необхідно взяти ці ембріони у тварин. Ембріоїди натомість дозволяють проводити дослідження без необхідності жертвувати вагітними лабораторними тваринами для цієї мети. Однак для того, щоб можна було вирощувати як природні ембріони, так й ембріоїди, необхідний спеціальний інкубатор, у якому пробірки, що містять ембріони, обертаються, що дозволяє змішуватися й насичуватися киснем середовищу вирощування. Це необхідно тому, що в порівнянні з класичними тканинними техніками вирощування, котрі просто зберігаються підвішеними, ці ембріони є дуже великими структурами, що щвидко зростають.

Це щось на зразок «штучної матки», здатної утримувати ембріони поза межею утворення органів? Чи можна таке застосовувати на людях?

Набагато простіше такі досліди робити на мишачих ембріонах, де розвиток відбувається дуже швидко, а розмір ембріона невеликий у порівнянні з людським. Уявімо це: починаємо з одноклітинних ембріонів, які в людини й миші мають однаковий розмір, і закінчуємо новонародженими індивідами, один із яких – людський – міг би вільно тримати іншого в долоні. Крім того, людський ембріон потребує в десять разів більше часу для розвитку, у порівнянні з мишачим. Проте процеси розвитку, які ми вже можемо спостерігати в мишей сьогодні в лабораторних умовах, надалі складно спостерігати в людей. Цей технічний виклик сьогодні все ще важко подолати.

< b>Чи здатні ембріоїди розвиватися в дорослу особину?

Ні. Навіть якби ми захотіли, ми зараз не в змозі довести їх розвиток до кінця.

     Підписуйтесь на наш фейсбук   
  Може, не в рамках цієї «штучної матки, що обертається». Якби їх імплантувати в справжні матки?

Ми не можемо їх імплантувати. Із тієї простої причини, що момент для імплантації строго визначений і дуже короткий в розвитку плоду. Крім того, ембріоїди не можуть правильно імплантуватися в матку, навіть якщо їхній розвиток припиняється на більш ранній стадії, коли ембріон зазвичай гніздиться в матці. Попри те, що «на око», ба, навіть на око, озброєне надійним мікроскопом і методами молекулярного аналізу, вони нагадують природні, що виникли в результаті запліднення. Хоча й схожі, але вони різні. Диявол криється в деталях. Крім того, наукове товариство (як і законодавство) у своїх рекомендаціях забороняє пересадку штучних ембріонів у матку людини, як і людських ембріонів у матку інших ссавців.

< b>Тобто ці «ембріоподібні утворення», як ви це називаєте, з якихось невідомих ще нам причин є слабкішими від природних ембріонів?

Щоденне вигодовування <і>in vitro негативно впливає на стан як ембріона, так і ембріоїда. Ембріон завжди краще розвивається всередині організму самки, ніж в умовах штучного вигодовування, хоча останнє й оптимізується протягом багатьох років. Крім того, поєднання декількох типів стовбурових клітин не відтворює, як ви можете бачити, ідеально природні процеси розвитку ембріона.

Тоді навіщо нам такі ембріональні моделі, окрім як заради «чистої науки»?

Ці моделі можуть бути використані для тестування токсичності різних речовин, таких, як ліки, або для вивчення їхньої біологічної активності чи впливу на ранній ембріональний розвиток. Зараз не завжди вдається вивчити вплив препарату на розвиток плоду, тому вагітним жінкам не рекомендується дуже багато терапевтичних засобів. Ембріоїди можуть щодо цього допомогти в майбутньому.

Однак у мене є проблема з розумінням самих ембріоїдів, як і інших органоїдів, які все частіше використовуються в біомедичних науках, навіть у формі так званого мінімозку. Ембріологія ж бо завжди вчить нас, що ембріон – це щось особливе...

Це дуже важливе питання: чи варто розглядати ембріоїд як нормальний ембріон? А якщо ні, то в чому тут полягає відмінність? Де пролягатиме межа, у випадку якщо ми вдосконалюватимемо цю техніку й коли-небудь виявимо, що ембріоїди вже повністю не відрізняються за структурними, молекулярними та будь-якими іншими ознаками від ембріонів, отриманих у результаті запліднення? Чи слід їм тоді надавати «право зародка»?

Законодавці та наукове співтовариство в різних рекомендаціях зазвичай використовують просту відмінність: справжній ембріон – це те, що виникає в результаті злиття двох гамет-сперматозоїдів і яйцеклітини. Важко визначити інші критерії для того, щоб вважатися справжнім зародком. На цей час усе вказує на те, що ембріоїди не мають повного потенціалу розвитку, тобто не здатні розвиватися аж до стану зрілого організму. Вони все ще є спрощеною моделлю ембріонального розвитку. Проте ми, імовірно, зіткнемося з цією проблемою вродовж декількох десятків найближчих років.

Якось розв'язання можна було б знайти за допомогою методів молекулярної біології, зробивши так, щоб ембріоїди ніколи не досягали повної здатності до розвитку. Наприклад, використовувати для їхнього конструювання стовбурові клітини, уражені дефектами, який призведе до загибелі такого ембріоїда на певній стадії розвитку. Це можна зробити так, щоб не втручатися саме в ті процеси, які ми хочемо дослідити за допомогою такої моделі.

Рекомендації, вироблені ще на початку 1980-х років у США та Великій Британії незалежно одні від одних, передбачали блокування можливостей вирощування людських ембріонів поза материнським організмом на 14-денній стадії.

Саме там найбільш активно розвивалися методи культивування та штучного вигодовування ембріонів <і>in vitro через прийнятність і популярність екстракорпорального запліднення. Однак останні рекомендації Міжнародного товариства досліджень стовбурових клітин переконують, що треба зробити більш гнучким правило 14 днів. Правда в тому, що ці 14 днів були обрані трохи за принципом «ми все одно не зможемо так довго вирощувати людські ембріони, так що будь що буде...». Тепер, коли ж з'ясувалося, що ми здатні вирощувати людські ембріони до 14-го дня його розвитку, учені хотіли б вивчити й подальші ембріональні процеси. Апетит збільшується під час прийому їжі.

Тут варто відзначити, що відповідно до норм імплантація людського ембріона відбувається на сьомий-десятий день після запліднення.

На чотирнадцятий день починається процес, який називається гаструляцією. Він має вирішальне значення для подальшого розвитку ембріона. Тому наукове співтовариство почало наполягати на тому, щоб цей бар'єр у 14 днів якось зрушити. Тільки знову: наскільки? На 3, 7, чи може 10 днів? Консенсусу знайти не вдалося, тому останні рекомендації припускають, що будь-який досвід, у якому дослідники хотіли б вирощувати людські ембріони більше 14 днів, повинен піддаватися ретельній предметній оцінці. Тільки ті досліди, що мають можливість по-справжньому значно розширити наші знання про природу людини й при цьому не можуть бути проведені в інших випадках, отримуватимуть дозвіл на продовження. Варто пам'ятати, що можливість працювати на людських ембріонах існує в небагатьох країнах. У Республіці Польща це незаконно, і ця дискусія в основному відбувається без нас.

Крім того, вищезазначені рекомендації також намагаються врегулювати правила роботи зі стовбуровими, ембріональними плюрипотентними клітинами (тобто, такими, з яких можна отримати будь-які клітини організму) як у контексті утворення ембріоїдів, так і в інших цілях. Наприклад, із них намагаються отримати гамети, тобто яйцеклітини й сперматозоїди.
< br> Учені підкреслюють, що будь-які зміни в законодавстві щодо цього питання мають бути пов'язані з інформуванням громадськості як про ризики, пов'язані з цими технологіями, так і про величезні, на мій погляд, переваги. Правила мають бути розроблені так, щоб відповідати тому, що суспільство вважає етичним. Для вчених очевидно, що якщо вони рухаються вперед у своїх дослідженнях занадто швидко, то їхня діяльність може викликати страх і обурення суспільства, що в результаті може призвести до заборони їхніх досліджень.

Така реакція може бути викликана страхом або тим, що дослідники здійснять прорив ще до того, як законодавці та біоетики будуть готові до них.

Створення штучних ембріонів – це далеко не перша технологія, яка викликає в нас занепокоєння. Утім це й не перша технологія, перспективами якої ми захоплюємося й завдяки якій обіцяємо багато самим собі. Те саме стосується клонування ссавців. Було занепокоєння щодо того, що після народження вівці Доллі ось-ось з'являться клоновані люди... Утім минуло чверть століття й нічого. Техніка клонування все ще дуже складна. Крім того, існує, звичайно, дуже поширена правова блокада для цього типу експериментів за участю клітин людини. Чи буде це так і з методами, про які ми говоримо сьогодні, що використовують ембріональні стовбурові клітини, – я не знаю. Час покаже.

– Бесіду вела Магдалена Кавалєц-Сегонд

 

TVP ТИЖНЕВИК.  Редактори та автори

– Переклад Оксана Усатенко

Др. хаб. Анна Айдук – професор Кафедри ембріології Інституту біології розвитку та біомедичних наук Факультету біології Варшавського університету.

Джерела:
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)00981-3
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05246-3