Model zarodka, czyli czarna skrzynka ludzkiego rozwoju została otwarta

Stworzenie modelu ludzkiego zarodka, o którym pulsar donosił w zeszłym tygodniu, zostało właśnie opisane w „Nature”. I to nie w jednej pracy, a w dwóch. Pierwsza to bardzo wyczekiwana publikacja zespołu prof. Magdaleny Żernickiej-Goetz, polskiej uczonej, obecnie pracującej w Cambridge University w Wielkiej Brytanii oraz w California Institute of Technology w USA. Drugi artykuł jest autorstwa grupy dr Berny Sozen z Yale University.

Oba zespoły dążyły do tego samego celu, ale odmiennymi drogami. Uzyskane przez nie ludzkie struktury zarodkopodobne nieco się między sobą różnią. I jedne, i drugie zostały jednak stworzone z zarodkowych komórek macierzystych, a nie z ludzkich zarodków, i żadne nie są w stanie przekształcić się w płód. Pozwalają jednak na badanie drugiego tygodnia rozwoju embrionu, kiedy to zagnieżdża się on w ściance macicy i jest trudny do obserwowania.

Dzięki tym modelom będzie można przeanalizować, dlaczego wiele zarodków na tym etapie obumiera, co z kolei daje szansę na opracowanie metod zapobiegania temu procesowi.

Wspaniałe odkrycie, opacznie zrozumiane przez media

14 czerwca prof. Żernicka-Goetz opowiadała o swoim modelu zarodka ludzkiego w Bostonie, podczas konferencji Międzynarodowego Towarzystwa na rzecz Badań nad Komórkami Macierzystymi (International Society for Stem Cells Research). Praca jej zespołu była jeszcze nieopublikowana i embriolożka nie mogła opowiedzieć o wszystkich szczegółach. Uczestnicy konferencji nie mogli też fotografować slajdów z prezentacji. Mimo to w mediach rozpętała się ogólnoświatowa medialna burza. Wyrażano wątpliwości etyczne i obawy. Krytycznie do odkrycia odniósł się prof. Jacob Hanna z Weizman Institute of Science w Izraelu. Uczona nie była przygotowana na taki rozgłos. – Dlaczego to się stało taką sensacją? – zastanawiała się w rozmowie z pulsarem. – Być może niektóre osoby zrozumiały pod wpływem sensacyjnie napisanego artykułu w Guardianie, że utworzyliśmy prawie prawdziwe ludzkie zarodki ludzkie. A to nieprawda.

Aby rozwiać wątpliwości, zespół umieścił wstępną wersję publikacji (pre-print) w internecie. Wszystkie szczegóły miały zostać ujawnione dopiero po ukazaniu się pracy w recenzowanym czasopiśmie naukowym. Stało się to dużo szybciej, niż ktokolwiek się spodziewał – już 27 czerwca, zapewne z powodu rozgłosu. Jednocześnie ukazała się niezależna praca na ten sam temat zespołu dr Berny Souzy. Ta badaczka jest częściowo wychowanką prof. Żernickiej-Goetz. Pracowała w jej zespole przez 5 lat – od 2015 r. do 2020 r., najpierw w University of Cambridge, potem na California Institute of Technology.

Kluczowe chwile, do tej pory niedostępne dla badaczy

O szczegółach swego osiągnięcia prof. Magdalena Żernicka-Goetz opowiadała już otwarcie podczas wirtualnego wystąpienia 27 czerwca. – W naszym laboratorium chcieliśmy otworzyć tzw. czarną skrzynkę ludzkiego rozwoju – zaczęła. – To jest ten okres w życiu człowieka, który jest wyjątkowo trudno dostępny dla badaczy. I bardzo ważny.

Około siódmego dnia od zapłodnienia zarodek zaczyna zagnieżdżać się w ściance macicy. Proces ten kończy się tydzień później. Wtedy następuje tak zwana gastrulacja, komórki zaczynają się specjalizować, a zarodek traci możliwość podziału i przekształcenia się w bliźnięta.

W Wielkiej Brytanii – a za nią także i w innych krajach – przyjęto więc 14. dzień rozwoju jako nieprzekraczalną granicę. Zarodki ludzkie można hodować w laboratorium tylko do tego momentu. – A to jest czas, gdy wiele ciąż kończy się niepowodzeniem. Dlatego byliśmy wyjątkowo zainteresowani okresem, gdy zarodek zagnieżdża się w macicy – mówiła prof. Żernicka-Goetz. Z danych, jakie pokazywała, wynikało, że tylko 30 proc. zapłodnionych komórek jajowych rozwija się do etapu narodzin żywego dziecka. 60 proc. kończy się przed 14 dniem, a 10 proc. to poronienia już po zagnieżdżeniu się zarodka w macicy.

Inne metody, jednakowo wartościowe wyniki

Już siódmego dnia rozwoju zarodek składa się z trzech rodzajów komórek macierzystych. Epiblast utworzy właściwy zarodek, z hipoblastu powstanie pęcherzyk żółtkowy, a z trofektodermy – łożysko. W 2018 r. zespół polskiej uczonej połączył te wszystkie trzy typy komórek i uzyskał model zarodka mysiego. Organizował się on podobnie, ale nie identycznie jak oryginalny, choć pojawiły się nawet struktury podobne do mysiego serca i mózgu. Tę samą zasadę prof. Żernicka-Goetz i jej współpracownicy zastosowali teraz do tworzenia modelu zarodka ludzkiego. Wykorzystali zarodkowe komórki macierzyste wspomnianego epiblastu, hipoblastu i trofektodermy. – Przeprogramowaliśmy u nich ekspresję niektórych genów – dodała uczona.

W efekcie jej zespół otrzymał ludzką strukturę zarodkopodobną, która zaczęła się organizować. Pojawiła się tkanka owodni (jednej z błon płodowych) oraz prekursory komórek rozrodczych (komórek jajowych i plemników). Prof. Żernicka-Goetz akcentowała, że w tych modelach nie ma serca ani mózgu. Nie są to też zarodki i nie potrafią rozwinąć się w płód. Prawo nie pozwala także przenosić tych struktur do macicy kobiet ani używać do celów reprodukcyjnych.

Podobny model uzyskał też zespół dr Sozen, ale nie korzystał z reprogramowania genetycznego komórek macierzystych. U nich te komórki różnicowały się na poszczególne typy już w hodowli (grupa prof. Żernickiej-Goetz wykorzystywała komórki wcześniej zróżnicowane). Uczeni analizowali, jak te linie kierują sobą nawzajem w czasie rozwoju. „Zaczęliśmy obserwować bardzo mechanistyczne szczegóły takie jak sygnały, które przekazują sobie nawzajem i jak konkretne geny wpływają na siebie” – mówiła badaczka serwisowi Yale University.

– Chciałabym podkreślić, że wszystkie modele zarodka ludzkiego, w tym te, które zostaną opisane w kolejnych publikacjach, są niewiarygodnie wartościowe – podsumowała swoje wystąpienie prof. Żernicka-Goetz.