Myndu tilbúnir fósturvísar vígjast á tímum gervilíffæra?   

Vísindamenn hafa endurtekið náttúrulegt ferli fósturþroska spendýra á rannsóknarstofunni fram að því að heili og hjarta þroskast. Með því að nota stofnfrumur, bjuggu vísindamenn til tilbúna músafósturvísa utan legs sem rifjaðu upp náttúrulegt þroskaferli í móðurkviði fram að degi 8.5. Þetta er áfangi í tilbúinni líffræði. Í framtíðinni mun þetta leiðbeina rannsóknum á tilbúnum fósturvísum manna, sem aftur á móti gæti hefja þróun og framleiðslu á gerviefni líffæri fyrir sjúklinga sem bíða ígræðslu. 

Fósturvísir er venjulega skilinn sem milliþroskastig í raðbundnu náttúrufyrirbæri æxlunar sem hefst með því að sáðfruma hittir eggfrumu og myndar sígótu, sem skiptir sér og verður að fósturvísir, fylgt eftir með þróun í fóstur og nýbura að lokinni meðgöngu.  

Framfarir í fósturfrumu kjarnorkuflutningur sá dæmið um að sleppa skrefinu að frjóvga egg með sæði. Árið 1984 var fósturvísir búið til úr eggi þar sem upprunalegi haploid kjarni þess var fjarlægður og skipt út fyrir kjarna gjafafósturfrumu sem gekk vel undir þróun í staðgöngum til að ala fyrstu einræktuðu sauðkindina. Með fullkomnun Somatic Cell Nuclear Transfer (SCNT) var sauðkindin Dolly búin til árið 1996 úr þroskaðri fullorðinsfrumu. Þetta var fyrsta tilvikið sem klónað var spendýr úr fullorðinsfrumu. Mál Dollyar opnaði einnig möguleika á þróun persónulegra stofnfrumna. Í báðum tilfellum var sæði ekki notað, hins vegar var það eggið (með skipt um kjarna) sem óx og varð fósturvísir. Þannig að sem slíkir voru þessir fósturvísar enn náttúrulegir.  

Væri hægt að búa til fósturvísa án þess að jafnvel egg komi við sögu? Ef svo væri væru slíkir fósturvísar tilbúnir að því marki að engar kynfrumur (kynfrumur) yrðu notaðar. Þessa dagana eru slíkir fósturvísar (eða „fósturvísalíkir“ eða fósturvísar) venjulega búnir til með því að nota fósturstofnfrumur (ESC) og ræktaðar vitro í rannsóknarstofunni.  

Meðal spendýra taka mýs tiltölulega stuttan tíma (19-21 dagur) til að fjölga sem gerir músafósturvísi að þægilegu rannsóknarlíkani. Af heildinni er tíminn fyrir ígræðslu um 4-5 dagar en hinir 15 dagar (um 75% af heildinni) eru eftir ígræðslu. Til að þroskast eftir ígræðslu þarf fósturvísirinn að vera ígræddur í leginu sem gerir það óaðgengilegt fyrir utanaðkomandi athugun. Þessi háð legi móður setur hindrun í rannsókn.    

Árið 2017 var mikilvægt í sögu spendýrafósturvísa. Viðleitni til að búa til tilbúna músafósturvísa vakti mikla athygli þegar vísindamenn sýndu greinilega fram á að stofnfrumur úr fósturvísum hafa getu til að setja sig saman og skipuleggja sig sjálf. vitro að gefa tilefni til fósturvísalíkra mannvirkja sem líktu náttúrulegum fósturvísum á mikilvægan hátt^1,2. Hins vegar voru takmarkanir sem stafa af legi hindranir. Það er venja að rækta fósturvísa fyrir ígræðslu vitro en einhver öflugur vettvangur fyrir utan legi ræktunar músafósturvísa eftir ígræðslu (frá eggjastrokkastigum þar til líffæramyndun er langt komin) var ekki tiltækur. Bylting til að takast á við þetta kom á síðasta ári árið 2021 þegar rannsóknarteymi kynnti ræktunarvettvang sem var árangursríkt fyrir þróun músafósturvísa eftir ígræðslu utan legs móður. Í ljós kom að fósturvísir sem ræktaður var á þessum vettvang ex utero endurspeglar nákvæmlega in legi þróun³. Þessi þróun sigraði leghindranir og gerði vísindamönnum kleift að skilja betur formgerð eftir ígræðslu og hefur þannig hjálpað tilbúnu fósturvísaverkefni að komast á langt stigi. 

Nú hafa tveir rannsóknarhópar greint frá því að vaxa tilbúið músafóstur í 8.5 daga sem er það lengsta hingað til. Þetta var nógu langt til að skilja líffæri (svo sem sláandi hjarta, meltingarveg, taugafell osfrv.) að hafa þróast. Þessar nýjustu framfarir eru sannarlega merkilegar.  

Eins og greint var frá í Cell þann 1. ágúst 2022, myndaði rannsóknarteymið tilbúna fósturvísa músa með því að nota aðeins barnalegar stofnfrumur úr fósturvísum (ESC) utan legs móður. Þeir söfnuðu stofnfrumunum saman og unnu þær með því að nota nýlega þróaða ræktunarvettvanginn í langan tíma utan legi vöxtur til að fá tilbúið heilan fósturvísi eftir maga með bæði fósturvísa og utanfósturvísa hólf. Tilbúna fósturvísirinn náði á fullnægjandi hátt áföngum í 8.5 daga stigi músafósturvísa. Þessi rannsókn varpar ljósi á getu barnalegra fjölhæfra frumna til að setja saman sjálf og sjálfskipuleggja og móta allt spendýrafósturvísinn umfram maga⁴. 

Í nýjustu rannsókninni sem birt var í Nature þann 25. ágúst 2022, notuðu vísindamennirnir einnig stofnfrumur utan fósturvísa til að auka þroskamöguleika fósturstofnfrumna (ESC). Þeir settu saman tilbúna fósturvísa in vitro með því að nota ESC, TSC og iXEN frumur úr músum sem endurspegluðu náttúrulegan heilan fósturþroska músa í legi til dagsins 8.5. Þessi tilbúna fósturvísir hafði skilgreint framheila- og miðheilasvæði, sláandi hjartalíka uppbyggingu, bol sem samanstóð af taugaslöngu, halaknapp sem innihélt taugafrumuhúð, þarmarör og frumkynfrumur. Allt var þetta í utanfósturvísapoka⁵. Þannig, í þessari rannsókn var líffæramyndun lengra komin og merkilegri miðað við rannsóknina sem greint var frá í Cell þann 1. ágúst 2022. Ef til vill jók notkun á tvenns konar stofnfrumum utan fósturvísa þroskamöguleika fósturstofnfrumna í þessari rannsókn. Athyglisvert er að aðeins barnalegar stofnfrumur úr fósturvísum (ESC) voru notaðar í fyrri rannsókninni.  

Þessi afrek eru sannarlega merkileg þar sem þetta er lengsti punkturinn hingað til í rannsóknum á tilbúnum spendýrafósturvísum. Hæfni til að búa til spendýraheila hefur verið meginmarkmið gervilíffræði. Að endurskapa hið náttúrulega ferli fósturþroska eftir ígræðslu á rannsóknarstofunni yfirstígur leghindrunina og gerir rannsakendum kleift að rannsaka fyrstu stig lífs sem venjulega eru falin í leginu.  

Þrátt fyrir siðferðileg vandamál munu árangur í rannsóknum á tilbúnum fósturvísum músa leiðbeina rannsóknum á tilbúnum fósturvísum manna í náinni framtíð sem gæti leitt til þróunar og framleiðslu á tilbúnum líffærum fyrir sjúklinga sem bíða ígræðslu.  

*** 

Tilvísanir:  

1. Harrison SE et al 2017. Samsetning fósturvísa og utanfósturvísa stofnfrumna til að líkja eftir fósturmyndun in vitro. VÍSINDI. 2. mars 2017. Vol 356, Issue 6334. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aal1810  

2. Warmflash A. 2017. Tilbúið fósturvísa: Windows inn í þróun spendýra. Fruma Stofnfruma. 20. árgangur, 5. hefti, 4. maí 2017, bls. 581-582. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2017.04.001   

3. Aguilera-Castrejon, A., et al. 2021. Ex utero músafósturmyndun frá formaga til seint líffæramyndunar. Náttúra 593, 119–124. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03416-3  

4. Tarazi S., et el 2022. Syntetísk fósturvísar eftir maga sem myndast utan legs úr músum barnalegum ESC. Cell. Birt: 01. ágúst 2022. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.028 

5. Amadei, G., et al 2022. Tilbúnir fósturvísar ljúka magamyndun til tauga og líffæramyndunar. Birt: 25. ágúst 2022. Náttúra. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05246-3 

***