"Przełom", "rozpoczyna się nowa era". Stworzyli sztuczną macicę i rozwinęli w niej zarodki myszy

To pierwszy tego typu eksperyment, w którym badaczom udało się stworzyć prawidłowo rozwijające się zarodki w środowisku innym niż prawdziwa macica. Badania przeprowadzono w Instytucie Naukowym Weizmanna w Izraelu. Ich celem miało być dostarczenie dokładnych informacji dotyczących mechanizmów wpływających na rozwój ssaków oraz dowiedzenie, w jaki sposób mutacje genów, składniki odżywcze i warunki środowiskowe oddziałują na płód.

Wyniki ujrzały światło dzienne w środę w czasopiśmie naukowym "Nature".

- Świętym Graalem biologii rozwoju jest zrozumienie, w jaki sposób pojedyncza komórka, zapłodnione jajo, może wytworzyć wszystkie określone typy komórek w ludzkim ciele i rozrosnąć się do 40 bilionów komórek – powiedział Paul Tesar, biolog z akademii medycznej Case Western Reserve University w Cleveland w stanie Ohio. - Naukowcy od zarania dziejów próbują się tego dowiedzieć - dodał.

Jedynym możliwym sposobem na zbadanie rozwoju tkanek i narządów było przeprowadzenie badań na zwierzętach takich jak robaki, żaby i muchy, którym do przyjścia na świat nie są potrzebne wyspecjalizowane narządy, jakimi są macice. Drugą opcją było usuwanie zarodków na różnym etapie rozwoju z macic zwierząt doświadczalnych.

Żaden z pomysłów nie dawałby jednak dokładnych danych. Dlatego zespół pod kierownictwem doktora Jacoba Hanny postanowił stworzyć sztuczną, mechaniczną macicę, która jednocześnie zapewniałaby prawidłowy rozwój zarodków i dawała naukowcom wgląd w poszczególne etapy ich rozwoju.

Opracowanie systemu, który zapewniałby odpowiednie warunki, składniki odżywcze i dopływ powietrza, zajęło naukowcom siedem lat.

Zespół doktora Hanny zaczął od usunięcia zapłodnionych komórek jajowych z naturalnych macic myszy. Zarodki umieszczone zostały w szklanych fiolkach, gdzie otoczone były specjalnym płynem odżywczym. Naczynia przymocowano do powoli obracającego się koła, które chroniło płody przed przyklejeniem się do szkła, a w konsekwencji – nieprawidłowym rozwojem. Tak przygotowane inkubatory połączono z maszyną wentylacyjną, której zadaniem było dostarczenie właściwych ilości tlenu i dwutlenku węgla oraz kontrola ciśnienia i natężenia przepływu.

Rozwój myszy obserwowano przez sześć dni. 11 dni po zapłodnieniu naukowcy zbadali zarodki i porównali je z tymi, które rozwijają się w naturalnych macicach. Jak stwierdzili, po ponad połowie ciąży u myszy (trwa mniej więcej 20 dni) oba typy zarodków nie różniły się praktycznie niczym. Miały ukształtowane kończyny i układ nerwowy, a wszystkie ich narządy rozwijały się prawidłowo. Ich maleńkie serca biły z właściwą prędkością 170 uderzeń na minutę.

Jednak w tym czasie zarodki wyhodowane w laboratorium stały się zbyt duże, aby przetrwać bez dopływu krwi. Miały łożysko i pęcherzyk żółtkowy, jednak pożywka przestała być wystarczająca.

Zespół jest przekonany, że to kolejny cel do osiągnięcia. Dr Hanna przyznał, że rozważa dodanie do inkubatorów bogatszego roztworu odżywczego lub systemu sztucznego dopływu krwi, który będzie połączony z łożyskami embrionów.

Dzięki sztucznej macicy badacze będą mogli dowiedzieć się więcej o tym, jakie czynniki naturalne mogą wpływać na poronienie lub dlaczego zapłodnione komórki jajowe nie mogą się zagnieżdżać w macicy. Eksperyment daje też szansę na dokładne zaobserwowanie, jak mutacje lub delecje genów wpływają na rozwój płodu.

Naukowcy zajmujący się biologią rozwoju i inżynierią genetyczną są zachwyceni wynikami.

- To naprawdę niezwykłe osiągnięcie – powiedział Paul Tesar.

Alexander Meissner, dyrektor ds. regulacji genomu w Instytucie Genetyki Molekularnej im. Maxa Plancka w Berlinie uważa, że "osiągnięcie jest niesamowite" i że badanie okazało się "kamieniem milowym" w nauce.

- Praca jest przełomowa. Rozpoczyna się nowa era badania rozwoju eksperymentalnego u myszy – powiedziała Magdalena Zernicka-Goetz, profesor biologii i inżynierii biologicznej z Caltech.

Naukowcy eksperymentują dalej. Jak powiedział dr Hanna, jego zespół próbował już pobrać zapłodnione komórki jajowe z jajowodów samic myszy tuż po zapłodnieniu i od razu przenieść do mechanicznej macicy, jednak udało się je hodować tylko przez krótki czas. To nadal uniemożliwia naukowcom znalezienie odpowiedzi na fundamentalne pytania dotyczące najwcześniejszych etapów rozwoju.

Odkrycie daje więcej możliwości. Naukowcom udało się stworzyć płody myszy z mysich fibroblastów – komórek tkanki łącznej. W ten sposób powstały embriony, które nie ukształtowały się dzięki zapłodnionej komórce jajowej. Alexander Meissner uważa, że dzięki pracy doktora Hanny i jego zespołu, "teraz nie potrzeba myszy, aby badać rozwój jej embrionów".

Naukowcy są zdania, że analizy tego typu mogą zacząć obejmować niebawem więcej gatunków ssaków. Dwie inne prace opublikowane w środę w czasopiśmie "Nature" donoszą o wstępnych badaniach, które zbliżają naukowców do prób stworzenia w podobny sposób wczesnych ludzkich embrionów. Oczywiście, zdaniem Meissnera, tworzenie i rozwój ludzkich embrionów poza organizmami matek to bardzo odległa przyszłość – o ile w ogóle takie działania będą dozwolone.

Jak twierdzi Tesar, dzięki badaniom opublikowanym w środę, w przyszłości pojawi się możliwość, by rozwój człowieka "od zapłodnienia po narodziny odbywał się całkowicie poza macicą".

Choć to na razie sugestie, taka wizja przyszłości może być przerażająca. Dlatego warto mieć na uwadze, że jest to dopiero początek tego typu badań na małych ssakach. Żaden naukowiec nie jest też pewien, czy ludzkie płody będą mogły kiedykolwiek rozwijać się całkowicie poza macicami, ponieważ nikt nie odważył się przeprowadzać podobnych eksperymentów.

Nawet zakładając, że taki scenariusz się sprawdzi, Tesar zaznaczył, że wcześniej konieczne będzie podjęcie szerokich dyskusji, czy taka metoda "tworzenia" człowieka będzie właściwa z etycznego i społecznego punktu widzenia.

Autor: kw / Źródło: nytimes.com