A do të hynin embrionet sintetike në epokën e organeve artificiale?   

Shkencëtarët kanë përsëritur procesin natyror të zhvillimit embrional të gjitarëve në laborator deri në pikën e zhvillimit të trurit dhe zemrës. Duke përdorur qelizat staminale, studiuesit krijuan embrione sintetike të miut jashtë mitrës që përmbledhin procesin natyror të zhvillimit në mitër deri në ditën 8.5. Ky është një moment historik në biologjinë sintetike. Në të ardhmen, kjo do të udhëheqë studimet mbi embrionet sintetike njerëzore, të cilat nga ana tjetër mund hap në zhvillimin dhe prodhimin e sintetikës organet për pacientët që presin transplantim. 

Një embrion zakonisht kuptohet si një fazë e ndërmjetme zhvillimi në fenomenin e njëpasnjëshëm natyror të riprodhimit të nisur nga takimi i spermës me një vezë për të formuar një zigotë, e cila ndahet për t'u bërë një embrion, e ndjekur më pas nga zhvillimi në një fetus dhe një të porsalindur pas përfundimit të shtatzënisë.  

Përparimet në qelizën embrionale transferimi bërthamor pa shembullin e anashkalimit të hapit të fekondimit të një veze nga sperma. Në vitin 1984, një embrion u krijua nga një vezë në të cilën bërthama e saj origjinale haploid u hoq dhe u zëvendësua nga bërthama e një qelize embrionale dhuruese e cila iu nënshtrua me sukses zhvillimit në një surrogat për të lindur delen e parë të klonuar. Me përsosmërinë e transferimit bërthamor të qelizave somatike (SCNT), delja Dolly u krijua në 1996 nga një qelizë e rritur e pjekur. Ky ishte rasti i parë i klonimit të një gjitari nga një qelizë e rritur. Rasti i Dolly hapi gjithashtu mundësinë e zhvillimit të qelizave staminale të personalizuara. Në të dyja rastet, sperma nuk u përdor, por ishte veza (me bërthamën e zëvendësuar) ajo që u rrit për t'u bërë embrion. Pra, si të tillë, këto embrione ishin ende natyrale.  

A mund të krijohen embrionet pa përfshirë edhe një vezë? Nëse po, embrione të tilla do të ishin sintetike në atë masë sa nuk do të përdoreshin gamete (qeliza seksuale). Në ditët e sotme, embrione të tilla (ose 'të ngjashme me embrionet' ose embrioide) krijohen në mënyrë rutinore duke përdorur qelizat burimore embrionale (ESC) dhe kultivohen vitro në laborator.  

Midis gjitarëve, minjve u nevojitet një periudhë relativisht e shkurtër (19-21 ditë) për t'u riprodhuar, gjë që e bën embrionin e miut një model të përshtatshëm studimi. Nga totali, periudha para implantimit është rreth 4-5 ditë, ndërsa pjesa tjetër 15 ditë (rreth 75% e totalit) është pas implantimit. Për zhvillimin pas implantimit, embrioni duhet të implantohet brenda mitrës, gjë që e bën atë të paarritshëm për vëzhgim nga jashtë. Kjo varësi nga mitra e nënës imponon një pengesë në hetim.    

Viti 2017 ishte i rëndësishëm në historinë e kulturës së embrionit të gjitarëve. Përpjekjet për të krijuar embrionet sintetike të miut morën fund kur studiuesit demonstruan qartë se qelizat burimore embrionale kanë aftësinë të vetë-montohen dhe të vetëorganizohen. vitro për të krijuar struktura të ngjashme me embrionet që u ngjanin embrioneve natyrore në mënyra të rëndësishme^1,2. Megjithatë, kishte kufizime që vinin nga mitrës barrierat. Është rutinë kultivimi i embrionit para implantimit vitro por çdo platformë e fortë për kulturën ex-utero të embrionit të miut pas implantimit (nga fazat e cilindrit të vezës deri në organogjenezën e avancuar) ishte e padisponueshme. Një përparim për të adresuar këtë erdhi vitin e kaluar në vitin 2021, kur një ekip hulumtues prezantoi një platformë kulturore që ishte efektive për zhvillimin pas implantimit të embrionit të miut jashtë mitrës së nënës. Një embrion i rritur në këtë platformë ex utero u zbulua se përmbledh saktësisht in utero zhvillim³. Ky zhvillim kapërceu barrierat e mitrës dhe u mundësoi studiuesve të kuptojnë më mirë morfogjenezën pas implantimit dhe kështu ka ndihmuar që projekti i embrionit sintetik të vijë në një fazë të avancuar. 

Tani, dy grupe kërkimore kanë raportuar rritje të embrionit sintetik të miut për 8.5 ditë që është më i gjati deri më tani. Kjo ishte mjaft e gjatë për të dalluar organet (të tilla si zemra rrahëse, tubi i zorrëve, palosja nervore etj) të ketë zhvilluar. Ky përparim i fundit është vërtet i jashtëzakonshëm.  

Siç është raportuar në Cell më 1 gusht 2022, ekipi hulumtues gjeneroi embrione sintetike të miut duke përdorur vetëm qeliza burimore embrionale naive (ESC) jashtë mitrës së nënës. Ata bashkuan qelizat burimore dhe i përpunuan ato duke përdorur platformën e kulturës të zhvilluar së fundmi për një kohë të gjatë ex-utero rritje për të marrë një embrion të plotë sintetik pas gastrimit me ndarje embrionale dhe ekstraembrionale. Embrioni sintetik arriti në mënyrë të kënaqshme piketa për fazën 8.5 ditore të embrioneve të miut. Ky studim nxjerr në pah aftësinë e qelizave pluripotente naive për t'u vetë-montuar dhe vetëorganizuar dhe modeluar të gjithë embrionin e gjitarëve përtej gastrulimit⁴. 

Në studimin më të fundit të botuar në Nature më 25 gusht 2022, studiuesit përdorën qelizat burimore ekstraembrionale gjithashtu për të zgjeruar potencialin e zhvillimit të qelizave burimore embrionale (ESC). Ata mblodhën embrione sintetike in vitro duke përdorur ESC-të e miut, TSC-të dhe qelizat iXEN të cilat përmbledhën zhvillimin e plotë embrional natyror të miut në mitër deri në ditën 8.5. Ky embrion sintetik kishte zona të përcaktuara të trurit të përparmë dhe të trurit të mesëm, një strukturë të ngjashme me zemrën që rrahë, një trung që përfshin një tub nervor, një syth të bishtit që përmban paraardhës neuromesodermal, një tub zorrësh dhe qeliza germinale primitive. E gjithë gjëja ishte brenda një qese ekstra-embrionale⁵. Kështu, në këtë studim organogjeneza ishte më e avancuar dhe më e shquar krahasuar me studimin e raportuar në Cell më 1 gusht 2022. Ndoshta, përdorimi i dy llojeve të qelizave burimore ekstra-embrionale rriti potencialin zhvillimor të qelizave burimore embrionale në këtë studim. Është interesante se vetëm qelizat staminale embrionale naive (ESC) janë përdorur në studimin e mëparshëm.  

Këto arritje janë vërtet të jashtëzakonshme pasi kjo është pika më e largët deri më tani në studimet mbi embrionet sintetike të gjitarëve. Aftësia për të krijuar një tru të gjitarëve ka qenë një qëllim kryesor i biologjisë sintetike. Rikrijimi i procesit natyror të zhvillimit embrional pas implantimit në laborator kapërcen pengesën e mitrës dhe bën të mundur që studiuesit të studiojnë fazat më të hershme të jetës që normalisht fshihen në mitër.  

Pavarësisht çështjeve etike, arritjet në studimet mbi embrionin sintetik të miut do të udhëheqin studimet mbi embrionet sintetike njerëzore në të ardhmen e afërt, të cilat mund të çojnë në zhvillimin dhe prodhimin e organeve sintetike për pacientët që presin transplantim.  

*** 

Referencat:  

1. Harrison SE et al 2017. Montimi i qelizave staminale embrionale dhe ekstraembrionale për të imituar embriogjenezën in vitro. SHKENCA. 2 Mars 2017. Vol 356, Issue 6334. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aal1810  

2. Warmflash A. 2017. Embrionet sintetike: Dritaret në zhvillimin e gjitarëve. Qeliza staminale. Vëllimi 20, Numri 5, 4 maj 2017, Faqe 581-582. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2017.04.001   

3. Aguilera-Castrejon, A., et al. 2021. Embriogjeneza ex utero e miut nga para-gastrulacioni deri në organogjenezën e vonë. Natyra 593, 119–124. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03416-3  

4. Tarazi S., etj 2022. Embrionet sintetike pas gastrimit të krijuara ex utero nga ESC naive të miut. Qelizë. Publikuar: 01 gusht 2022. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.028 

5. Amadei, G., et al 2022. Embrionet sintetike plotësojnë gastrulimin deri në neurulim dhe organogjenezë. Publikuar: 25 gusht 2022. Natyra. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05246-3 

***