Embrionii sintetici, un nou pas spre rezolvarea problemei infertilitatii la femei
Infertilitatea feminina este o problema majora a secolului nostru. Dincolo de fertilizari in vitro sau conceptia unui copil pe cale naturala, in viitorul nu foarte indepartat, vom avea si o alta varianta pentru a obtine o eventuala sarcina: embrionii sintetici. Desi suna a S.F. si in prezent sunt folositi doar in scop stiintific, pentru cercetare, pe viitor s-ar putea sa rezolve o multime de probleme legate de fertilitatea oamenilor.
Stim multe despre dezvoltarea pana in ziua 7 (FIV) si dupa saptamana 5 (ecografii). Perioada dintre – cand embrionul se implanteaza si gastrulatia (formarea organelor) incepe – este o „cutie neagra” pentru ca embrionii naturali nu pot fi studiati in laborator dincolo de 14 zile din cauza restrictiilor legale („Regula de 14 Zile”).
Embrionii sintetici permit oamenilor de stiinta sa urmareasca acest stadiu de dezvoltare ascuns pentru a intelege avorturile spontane recurente, infertilitatea si defectele congenitale (cum ar fi defectele cardiace sau spina bifida) fara a folosi embrioni reali.
Dar care e mecanismul prin care ajungem intr-un final la embrioni sintetici? In laborator, procesul de creare al embrionilor incepe cu celule stem pluripotente, celule stem embrionare, derivate din blastocisti existenti sau celule stem pluripotente induse, celule de piele sau sange de la adulti care au fost „reprogramate” chimic inapoi intr-o stare de celula stem naiva, capabila sa devina orice tesut.
Cercetatorii nu printeaza 3D embrionul celula cu celula. In schimb, se bazeaza pe capacitatea inerenta a celulelor de a se auto-organiza. Oamenii de stiinta plaseaza aceste celule stem intr-o baie chimica specifica (mediu de cultura) in interiorul unui bioreactor rotativ. Acest mediu imita conditiile uterului. Intr-un embrion natural, sunt necesare trei linii celulare cheie: epiblastul (care devine fatul), trofoblastul (placenta) si hipoblastul (sacul vitelin).
Echipa sa utilizeaza o abordare de „cocktail chimic” fara modificare genetica. Trateaza celulele stem naive cu inhibitori specifici si factori de crestere care le impinge sa se diferentieze spontan in cele trei linii necesare, care apoi se auto-asambleaza intr-o structura asemanatoare unui embrion uman de 14 zile.
Rezultatul este o structura care imita caracteristicile moleculare si structurale ale unui embrion uman post-implantare (in jurul zilelor 7-14). Contine precursorii pentru sacul vitelin, amnionul si discul bilaminar (planul corporal timpuriu), si chiar elibereaza hormoni care pot face un test de sarcina pozitiv.
In timp ce modelele imita cu succes structuri specifice, adesea le lipseste „arhitectura” precisa si sincronizata necesara pentru dezvoltarea la termen. Conexiunea intre celulele „fetale” si celulele „placentare” este adesea imperfecta.
In experimente in care embrioni sintetici de soarece sau maimuta au fost implantati in uterele femelelor, au initiat un raspuns de sarcina (cum ar fi inducerea ingrosirii mucoasei uterine) dar nu s-au dezvoltat. De obicei se opresc din crestere si sunt reabsorbiti in cateva zile.
Oamenii de stiinta au observat si ca in timp ce celulele incep procesul corect, devin in cele din urma haotice. Le lipseste potentialul regulatory complet pentru a forma un fat viabil care poate supravietui nasterii. Si este in prezent ilegal in Regatul Unit, Franta si multe alte jurisdictii sa implantezi un model de embrion uman in uterul unei femei.
Ghidurile Societatii Internationale pentru Cercetarea Celulelor Stem (ISSCR) interzic strict transferul oricarui model de embrion uman intr-un uter uman sau animal.
Revenind la embrionii sintetici, ei seamana cu embrionii umani crescuti in laborator, doar ca sunt realizati din celule stem, imitand dezvoltarea embrionara naturala, in lipsa unui spermatozoid si a unui ovul. Scopul lor e, pentru inceput, unul pur stiintific, pentru a se studia dezvoltarea, tulburarile de dezvoltare, cauzele avortului spontan, defectele congenitale, dar si pentru testarea terapiilor dincolo de limita de 14 zile de cercetare.
Procesul e destul de complex, se ajunge greu la embrioni sintetici. De regula se apeleaza la agregarea celulelor stem (celule stem embrionare sau celule stem pluripotente induse) in structuri asemanatoare embrionilor naturali, fara fertilizare. Embrionii astfel obtinuti se pot dezvolta pana la stadii echivalente cu aproximativ 14 zile dupa fertilizare, ajungand la structuri cu diferite tipuri de celule (embrion, sac vitelin, placenta).
Pana la avansuri semnificative in stiinta si tehnologie, embrionii nu au organe precum o inima care bate sau creier si sunt in general considerati neviabili pentru nastere, desi se dezbate de ceva timp si aceasta varianta.
Cercetatorii de la Universitatea Cambridge reusit totusi sa creeze embrioni din celule stem de soarece care formeaza un creier, o inima care bate si fundatiile tuturor celorlalte organe ale corpului – deci avem deja o noua cale pentru recrearea primelor etape ale vietii.
Oamenii de stiinta au imitat procesele naturale in laborator prin ghidarea celor trei tipuri de celule stem gasite in dezvoltarea timpurie a mamiferelor pana la punctul in care incep sa interactioneze. Au fost influentate direct genele si interactiunile lor, resusindu-se obtinerea in laborator de celule stem care comunicau intre ele.
Celulele stem s-au auto-organizat in structuri care au progresat prin etapele de dezvoltare succesive pana cand au avut inimi care bat si fundatiile creierului, precum si sacul vitelin unde embrionul se dezvolta si primeste nutrienti in primele sale saptamani. Spre deosebire de alti embrioni sintetici, modelele dezvoltate la Cambridge au ajuns la punctul in care intregul creier, inclusiv portiunea anterioara, a inceput sa se dezvolte.
Dupa peste 10 ani de lucru, cercetatorii au ajuns la structuri din ce in ce mai complexe, asemanatoare embrionilor umani obisnuiti. Rezultatele lor ar putea ajuta la intelegerea viabilitatii embrionare, la ghidarea repararii si dezvoltarii organelor umane sintetice pentru transplant.
Pentru a avea un embrion uman care se dezvolta trebuie sa existe un „dialog” intre tesuturile care vor deveni embrionul si tesuturile care vor conecta embrionul de mama. In prima saptamana dupa fertilizare, se dezvolta trei tipuri de celule stem: unul va deveni in cele din urma tesuturile corpului, iar celelalte doua sustin dezvoltarea embrionului.
Unul dintre aceste tipuri de celule stem extraembrionare va deveni placenta, care conecteaza fatul de mama si furnizeaza oxigen si nutrienti; iar al doilea este sacul vitelin, unde embrionul creste si de unde isi primeste nutrientii in dezvoltarea timpurie.
In multe sarcini se intampla ceva in momentul in care cele trei tipuri de celule stem incep sa trimita semnale mecanice si chimice unul altuia, care spun embrionului cum sa se dezvolte corect. Dar daca se va putea manipula fiecare gena raspunzatoare de acest proces complex si se va intelege rolul in dezvoltare intr-un sistem experimental model, sarcinile viitoare vor fi mult mai sigure inca de la inceput.
Ghidarea dezvoltarii embrionulu sintetic se face in general prin asamblarea de celule stem cultivate reprezentand fiecare dintre cele trei tipuri de tesut in proportiile si mediul potrivite pentru a promova cresterea si comunicarea lor intre ele, auto-asamblandu-se in cele din urma intr-un embrion.
Celulele extraembrionare semnaleaza celulelor embrionare prin semnale chimice dar si mecanicist, sau prin atingere, ghidand dezvoltarea embrionului. Asa se va putea ajunge la generarea intregului creier, in special partea anterioara, obiectiv major in dezvoltarea embrionilor sintetici. Aceasta parte a creierului necesita semnale de la unul dintre tesuturile extraembrionare pentru a se putea dezvolta.
Pe viitor se vor dezvolta si modele umane similare cu potentialul de a fi directionate catre generarea de tipuri specifice de organe – pentru a intelege mecanismele din spatele proceselor cruciale care altfel ar fi imposibil de studiat la embrionii reali.
Cercetatorii din intreaga lume lucreaza la armonizarea reglementarilor pentru a asigura ca cercetarea embrionilor sintetici este efectuata in mod etic si responsabil, ceea ce inseamna: stabilirea de standarde internationale pentru crearea si utilizarea modelelor de embrioni, dezvoltarea de protocoale transparente pentru raportarea rezultatelor cercetarii si crearea de forumuri pentru dialog intre oameni de stiinta, eticieni, factori de decizie politica si public.
Obstructia tubara sau trompele uterine femei. Ghidurile Societatii Internationale
