დაიწყებს თუ არა სინთეზური ემბრიონები ხელოვნური ორგანოების ეპოქას?   

მეცნიერებმა გაიმეორეს ძუძუმწოვრების ემბრიონის განვითარების ბუნებრივი პროცესი ლაბორატორიაში ტვინისა და გულის განვითარების წერტილამდე. ღეროვანი უჯრედების გამოყენებით მკვლევარებმა შექმნეს თაგვის სინთეზური ემბრიონები საშვილოსნოს გარეთ, რომელიც ასახავს საშვილოსნოში განვითარების ბუნებრივ პროცესს 8.5 დღემდე. ეს არის მნიშვნელოვანი ეტაპი სინთეზურ ბიოლოგიაში. მომავალში ეს ხელმძღვანელობს კვლევებს ადამიანის სინთეზურ ემბრიონებზე, რაც თავის მხრივ შეეძლო სინთეზური პროდუქტების შემუშავებისა და წარმოების დაწყება ორგანოები პაციენტებისთვის, რომლებიც ელოდება ტრანსპლანტაციას. 

ემბრიონი ჩვეულებრივ გაგებულია, როგორც განვითარების შუალედური ეტაპი რეპროდუქციის თანმიმდევრული ბუნებრივი ფენომენის მიერ, რომელიც იწყება სპერმის შეხვედრით კვერცხუჯრედთან და წარმოქმნის ზიგოტს, რომელიც იყოფა და იქცევა. ემბრიონი, რომელსაც შემდგომში მოჰყვა განვითარება ნაყოფად და ახალშობილად გესტაციის დასრულების შემდეგ.  

წინსვლა ემბრიონის უჯრედში ბირთვული გადაცემა დაინახა სპერმის მიერ კვერცხუჯრედის განაყოფიერების ეტაპის გამოტოვების შემთხვევა. 1984 წელს კვერცხუჯრედიდან შეიქმნა ემბრიონი, რომელშიც ამოიღეს მისი თავდაპირველი ჰაპლოიდური ბირთვი და შეცვალა დონორი ემბრიონული უჯრედის ბირთვი, რომელიც წარმატებით განვითარდა სუროგატში, რათა შეეძინა პირველი კლონირებული ჩვილი ცხვარი. სომატური უჯრედების ბირთვული გადაცემის (SCNT) სრულყოფილებით, ცხვარი დოლი შეიქმნა 1996 წელს მომწიფებული ზრდასრული უჯრედიდან. ეს იყო ზრდასრული უჯრედიდან ძუძუმწოვრის კლონირების პირველი შემთხვევა. დოლის საქმემ ასევე გახსნა პერსონალიზებული ღეროვანი უჯრედების განვითარების შესაძლებლობა. ორივე შემთხვევაში სპერმა არ გამოიყენებოდა, თუმცა კვერცხუჯრედი (შეცვლილი ბირთვით) გაიზარდა და გახდა ემბრიონი. ასე რომ, როგორც ასეთი, ეს ემბრიონები ჯერ კიდევ ბუნებრივი იყო.  

შეიძლება თუ არა ემბრიონის შექმნა კვერცხუჯრედის ჩარევის გარეშე? თუ ასეა, ასეთი ემბრიონები იქნება სინთეზური იმდენად, რამდენადაც არ იქნება გამოყენებული გამეტები (სქესის უჯრედები). ამ დღეებში, ასეთი ემბრიონები (ან „ემბრიონის მსგავსი“ ან ემბრიოიდები) ჩვეულებრივ იქმნება ემბრიონის ღეროვანი უჯრედების (ESC) გამოყენებით და კულტივირებულია. vitro ლაბორატორიაში.  

ძუძუმწოვრებს შორის თაგვებს გამრავლებისთვის შედარებით მოკლე პერიოდი (19-21 დღე) სჭირდებათ, რაც თაგვის ემბრიონს შესასწავლად მოსახერხებელ მოდელად აქცევს. საერთო ჯამში პრეიმპლანტაციის პერიოდი დაახლოებით 4-5 დღეა, დანარჩენი 15 დღე (მთლიანი დაახლოებით 75%) არის იმპლანტაციის შემდგომ. იმპლანტაციის შემდგომი განვითარებისთვის, ემბრიონი უნდა იყოს იმპლანტირებული საშვილოსნოში, რაც მას მიუწვდომელს ხდის გარე დაკვირვებისთვის. ეს დამოკიდებულება დედის საშვილოსნოზე აწესებს ბარიერს გამოკვლევაში.    

2017 წელი მნიშვნელოვანი იყო ძუძუმწოვრების ემბრიონის კულტურის ისტორიაში. თაგვის სინთეზური ემბრიონის შექმნის მცდელობებმა შეავსეს, როდესაც მკვლევარებმა ნათლად აჩვენეს, რომ ემბრიონის ღეროვან უჯრედებს აქვთ თვითშეკრებისა და თვითორგანიზების უნარი. vitro წარმოქმნას ემბრიონის მსგავსი სტრუქტურები, რომლებიც ბუნებრივ ემბრიონებს ემსგავსება მნიშვნელოვანი თვალსაზრისით^1,2. თუმცა, იყო შეზღუდვები გამომდინარე საშვილოსნო ბარიერები. ემბრიონის იმპლანტაციის წინ გაშენება რუტინულია vitro მაგრამ ნებისმიერი მტკიცე პლატფორმა თაგვის შემდგომი იმპლანტაციის ემბრიონის ექს-საშვილოსნო კულტურისთვის (კვერცხუჯრედის ცილინდრის ეტაპებიდან მოწინავე ორგანოგენეზამდე) მიუწვდომელი იყო. ამის გადასაჭრელად გარღვევა მოხდა გასულ წელს, 2021 წელს, როდესაც კვლევითმა ჯგუფმა წარმოადგინა კულტურის პლატფორმა, რომელიც ეფექტური იყო თაგვის ემბრიონის შემდგომი იმპლანტაციის განვითარებისთვის დედის საშვილოსნოს გარეთ. აღმოჩნდა, რომ ამ პლატფორმაზე ex utero გაზრდილი ემბრიონი ზუსტად ასახავს იn საშვილოსნო განვითარების³. ამ განვითარებამ გადალახა საშვილოსნოს ბარიერები და მკვლევარებს საშუალება მისცა უკეთ გაეგოთ პოსტიმპლანტაციის მორფოგენეზი და ამით დაეხმარა სინთეზური ემბრიონის პროექტს მოწინავე ეტაპზე მისვლაში. 

ახლა, ორმა კვლევითმა ჯგუფმა განაცხადა, რომ თაგვის სინთეზური ემბრიონი იზრდება 8.5 დღის განმავლობაში, რაც აქამდე ყველაზე გრძელია. ეს საკმარისად გრძელი იყო გამორჩევისთვის ორგანოები (როგორიცაა გულისცემა, ნაწლავის მილი, ნერვული ნაოჭი და ა.შ.) განვითარებულიყო. ეს უკანასკნელი პროგრესი მართლაც გასაოცარია.  

როგორც 1 წლის 2022 აგვისტოს Cell-ში იტყობინება, მკვლევართა ჯგუფმა შექმნა თაგვის სინთეზური ემბრიონები დედის საშვილოსნოს გარეთ მხოლოდ ემბრიონული ღეროვანი უჯრედების (ESCs) გამოყენებით. მათ გააერთიანეს ღეროვანი უჯრედები და დაამუშავეს ისინი ბოლო დროს განვითარებული კულტურის პლატფორმის გამოყენებით ხანგრძლივი დროის განმავლობაში ex-utero ზრდა, რათა მივიღოთ პოსტ-გასტრუალური სინთეზური მთლიანი ემბრიონი, როგორც ემბრიონული, ასევე ექსტრაემბრიონული ნაწილებით. სინთეზურმა ემბრიონმა დამაკმაყოფილებლად მიაღწია ეტაპებს თაგვის ემბრიონების 8.5 დღის სტადიაზე. ეს კვლევა ხაზს უსვამს გულუბრყვილო პლურიპოტენტური უჯრედების უნარს თვითშეკრებისა და თვითორგანიზებისა და მთელი ძუძუმწოვრების ემბრიონის მოდელირებაზე გასტრულაციის მიღმა.⁴. 

უახლეს კვლევაში, რომელიც გამოქვეყნდა Nature-ში 25 წლის 2022 აგვისტოს, მკვლევარებმა გამოიყენეს ექსტრაემბრიონული ღეროვანი უჯრედები ემბრიონის ღეროვანი უჯრედების (ESC) განვითარების პოტენციალის გასაფართოებლად. მათ შეკრიბეს სინთეზური ემბრიონები in vitro თაგვის ESCs, TSCs და iXEN უჯრედების გამოყენებით, რომლებიც ასახავს თაგვის ბუნებრივ მთლიან ემბრიონულ განვითარებას საშვილოსნოში 8.5 დღემდე. ამ სინთეზურ ემბრიონს ჰქონდა განსაზღვრული წინა და შუა ტვინის არეები, ცემის გულის მსგავსი სტრუქტურა, ღერო, რომელიც შეიცავს ნერვულ მილს, კუდის კვირტს, რომელიც შეიცავს ნეირომეზიოდერმულ წინამორბედებს, ნაწლავის მილს და პირველადი ჩანასახის უჯრედებს. ეს ყველაფერი ექსტრაემბრიონულ ტომარაში იყო⁵. ამრიგად, ამ კვლევაში ორგანოგენეზი უფრო დაწინაურებული და თვალსაჩინო იყო 1 წლის 2022 აგვისტოს Cell-ში მოხსენებული კვლევის მიმართ. შესაძლოა, ექსტრაემბრიონული ღეროვანი უჯრედების ორი ტიპის გამოყენებამ გააძლიერა ემბრიონის ღეროვანი უჯრედების განვითარების პოტენციალი ამ კვლევაში. საინტერესოა, რომ ადრინდელ კვლევაში გამოყენებული იყო მხოლოდ გულუბრყვილო ემბრიონის ღეროვანი უჯრედები (ESC).  

ეს მიღწევები მართლაც გასაოცარია, რადგან ეს არის ყველაზე შორეული წერტილი ძუძუმწოვრების სინთეზური ემბრიონების კვლევებში. ძუძუმწოვრების ტვინის შექმნის უნარი სინთეზური ბიოლოგიის მთავარი მიზანი იყო. ემპლანტაციის შემდგომი ემბრიონის განვითარების ბუნებრივი პროცესის ლაბორატორიაში ხელახლა შექმნა საშვილოსნოს ბარიერის გადალახვა და მკვლევარებს საშუალებას აძლევს შეისწავლონ ცხოვრების ადრეული ეტაპები, რომლებიც ჩვეულებრივ იმალება საშვილოსნოში.  

ეთიკური საკითხების მიუხედავად, თაგვის სინთეზურ ემბრიონზე კვლევების მიღწევები ხელმძღვანელობს ადამიანის სინთეზურ ემბრიონებზე კვლევებს უახლოეს მომავალში, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს სინთეზური ორგანოების განვითარება და წარმოება პაციენტებისთვის, რომლებიც ელოდებიან ტრანსპლანტაციას.  

*** 

წყაროები:  

1. ჰარისონ SE et al 2017. ემბრიონული და ექსტრაემბრიონული ღეროვანი უჯრედების აწყობა ემბრიოგენეზის იმიტირებისთვის in vitro. მეცნიერება. 2 მარტი 2017. ტომი 356, გამოცემა 6334. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aal1810  

2. Warmflash A. 2017. Synthetic Embryos: Windows into Mammalian Development. უჯრედის ღეროვანი უჯრედი. ტომი 20, ნომერი 5, 4 წლის 2017 მაისი, გვერდები 581-582. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2017.04.001   

3. აგილერა-კასტრეხონი, ა. et al. 2021. Ex utero თაგვის ემბრიოგენეზი პრეგასტრულაციიდან გვიან ორგანოგენეზამდე. ბუნება 593, 119–124. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03416-3  

4. თარაზი ს., და ელ 2022. თაგვის გულუბრყვილო ESC-ებიდან გამომუშავებული სინთეზური ემბრიონების შემდგომი გასტრუაცია. უჯრედი. გამოქვეყნებულია: 01 აგვისტო, 2022. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.028 

5. ამადეი, გ. et al 2022. სინთეზური ემბრიონები სრულ გასტრულებამდე ნეირულაციამდე და ორგანოგენეზამდე. გამოქვეყნებულია: 25 აგვისტო 2022. ბუნება. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05246-3 

***