نماذج الأجنة البشرية المصنوعة في المختبر

في الأسبوع الأول ، تتطور البويضة البشرية الملقحة إلى كرة مجوفة من 200 خلية ثم تزرع نفسها على جدار الرحم. على مدى الأسابيع الثلاثة المقبلة ، تنقسم إلى أنسجة مميزة لجسم الإنسان.

وتبقى تلك الأسابيع القليلة الحاسمة ، بالنسبة للجزء الأكبر ، صندوقًا أسود.

قال جاكوب حنا ، عالم الأحياء التطورية في معهد وايزمان للعلوم في إسرائيل: “نحن نعرف الأساسيات ، لكن التفاصيل الدقيقة جدًا لا نعرفها”.

يحاول الدكتور حنا وعدد من علماء الأحياء الآخرين الكشف عن تلك التفاصيل من خلال إنشاء نماذج لأجنة بشرية في المختبر. إنهم يقنعون الخلايا الجذعية لتنظيم نفسها في كتل تأخذ بعض السمات المميزة الحاسمة للأجنة الحقيقية.

هذا الشهر ، أصدر فريق الدكتور حنا في إسرائيل ، وكذلك مجموعات في بريطانيا والولايات المتحدة والصين ، تقارير عن هذه التجارب. وقد اجتذبت هذه الدراسات ، التي لم تُنشر بعد في المجلات العلمية ، اهتمامًا شديدًا من العلماء الآخرين ، الذين كانوا يأملون منذ سنوات أن مثل هذه التطورات يمكن أن تلقي الضوء أخيرًا على بعض ألغاز التطور البشري المبكر.

لطالما حذر علماء الأخلاق من أن ظهور نماذج الأجنة من شأنه أن يزيد من تعقيد التنظيم المعقد بالفعل لهذا البحث. لكن العلماء الذين قاموا بهذا العمل الجديد سارعوا إلى التأكيد على أنهم لم يخلقوا أجنة حقيقية وأن مجموعاتهم من الخلايا الجذعية لا يمكن أن تؤدي إلى ظهور إنسان.

قال تيانكينغ لي ، عالم الأحياء التطورية في جامعة كونمينغ للعلوم والتكنولوجيا في الصين ، الذي قاد إحدى الدراسات الجديدة: “إن أهدافنا ليست أبدًا لغرض التكاثر البشري”.

بدلاً من ذلك ، يأمل الدكتور لي وزملاؤه العلماء أن تؤدي نماذج الأجنة إلى علاجات جديدة للعقم وحتى لأمراض مثل السرطان.

قالت ماجدالينا زرنيكا جويتز ، عالمة الأحياء التنموية بجامعة كامبريدج ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، التي قادت جهدًا آخر: “نحن نفعل ذلك لإنقاذ الأرواح ، وليس خلقها”.

لعقود من الزمان ، كانت الأجنة البشرية الوحيدة التي يمكن لعلماء الأحياء التطورية دراستها هي العينات التي تم جمعها من حالات الإجهاض أو الإجهاض. نتيجة لذلك ، ترك العلماء أسئلة عميقة حول بداية التنمية البشرية. ثلاثون في المائة من حالات الحمل تفشل في الأسبوع الأول ، وتفشل 30 في المائة أخرى أثناء الزرع. كان الباحثون في حيرة من أمرهم لتفسير سبب عدم بقاء غالبية الأجنة.

بعد تطور الإخصاب في المختبر في السبعينيات ، بدأ العلماء في دراسة الأجنة المتبرع بها من عيادات الخصوبة. حظرت بعض الدول البحث ، في حين سمحت دول أخرى له بالمضي قدمًا ، لمدة 14 يومًا كحد أقصى. بحلول ذلك الوقت ، يبدأ الجنين البشري في أخذ بعض سماته الرئيسية. هيكل يسمى الخط البدائي ، على سبيل المثال ، ينظم الترتيب من الرأس إلى القدم الذي سيتخذه الجسم.

لسنوات ، كانت قاعدة الـ 14 يومًا نقطة خلافية لأنه لا يمكن لأي شخص إبقاء الأجنة على قيد الحياة بعد أيام قليلة من الإخصاب. أصبحت الأمور أكثر تعقيدًا في عام 2016 ، عندما تمكنت مجموعة الدكتورة Zernicka-Goetz وفريق آخر من إبقاء الأجنة حية بالقرب من علامة 14 يومًا. لم تحيا الأجنة لفترة أطول لأن العلماء دمروها.

دفع هذا الإنجاز العلماء إلى مناقشة إمكانية السماح للأجنة بالنمو خلال الـ 14 يومًا الماضية. ولكن حتى لو أصبحت هذه التجارب قانونية ، فسيظل من الصعب إجراؤها لأن إمدادات الأجنة المتبرع بها نادرة.

في السنوات الأخيرة ، كان الباحثون يبحثون عن طريقة أسهل لدراسة الأجنة: عن طريق صنع نماذج منها في المختبر. استفاد العلماء من حقيقة أن الخلايا الجذعية ، في ظل الظروف البيئية المناسبة ، يمكن أن تتحول إلى أنواع جديدة من الأنسجة.

لدى البالغين خلايا جذعية في أجزاء قليلة فقط من الجسم. في الجلد ، على سبيل المثال ، تنتج الخلايا الجذعية مجموعة من الخلايا الجديدة التي تشفي الجروح. من ناحية أخرى ، في الأجنة المبكرة ، كل الخلايا لديها القدرة على التحول إلى مجموعة متنوعة من الأنسجة.

في العام الماضي ، استخدم فريق الدكتورة زيرنيكا جويتز وفريق الدكتورة حنا الخلايا الجذعية الجنينية من الفئران لصنع نماذج من الأجنة. منذ ذلك الحين ، حاولوا وعلماء آخرون فعل الشيء نفسه مع الخلايا الجذعية الجنينية البشرية.

استخدم كل فريق طريقة مختلفة ، لكنهم جميعًا يستفيدون من نفس علم الأحياء الأساسي. بحلول الوقت الذي يزرع فيه الجنين البشري نفسه في الرحم ، بدأت خلاياه تتباعد إلى أنواع مختلفة. نوع واحد من الخلايا يستمر في إنتاج خلايا الجسم. ستنتج الأنواع الأخرى الأنسجة التي تحيط بالجنين أثناء التطور ، مثل المشيمة. ترسل أنواع الخلايا هذه إشارات جزيئية لبعضها البعض ضرورية لتطورها.

قام الباحثون بإقناع الخلايا الجذعية لتقليد بعض أنواع هذه الخلايا ثم مزجها معًا. تجمعت الخلايا معًا وانتظمت تلقائيًا في مجموعات. تتجمع الخلايا المقدر أن تصبح الجنين في الوسط ، بينما تهاجر الأنواع الأخرى إلى الخارج.

عندما تتواصل الخلايا مع بعضها البعض ، قاموا بتقسيم وتشكيل هياكل جديدة تشبه أجزاء من الأجنة. على سبيل المثال ، لاحظ الدكتور مو إبراهيمخاني ، عالم الأحياء التطورية في جامعة بيتسبرغ ، وزملاؤه تكوين كيس الصفار في تجربتهم. من الكيس المحي ، لاحظوا حتى تطور أسلاف خلايا الدم.

كما راقبت الدكتورة زيرنيكا جويتز وزملاؤها تطور الخلايا التي تشبه سلائف البويضات والحيوانات المنوية.

قالت الدكتورة زرنيكا جويتز: “كان هذا مثيرًا للغاية”. “من الصعب أحيانًا تصديق أن هذه الخلايا الجذعية تنمو في هذه الهياكل.”

إذا تمكن العلماء من إنشاء نماذج قريبة وموثوقة من الأجنة ، فسيكونون قادرين على إجراء تجارب واسعة النطاق لاختبار الأسباب المحتملة لفشل الحمل ، مثل العدوى الفيروسية والطفرات الجينية.

يمكن أن تؤدي النماذج إلى تطورات طبية أخرى أيضًا ، كما أشارت Insoo Hyun ، عضوة مركز كلية الطب بجامعة هارفارد للأخلاقيات الحيوية والتي لم تشارك في الدراسات الجديدة.

قال: “بمجرد وضع نماذج الأجنة في مكانها ويمكنك الاعتماد عليها ، يمكن أن تكون هذه طريقة ممتعة لفحص الأدوية التي تتناولها النساء أثناء الحمل”. “ستكون هذه فائدة هائلة.”

ورأى د. حنا والدكتور إبراهيم خاني أيضًا إمكانية استخدام نماذج الأجنة كشكل جديد من أشكال العلاج بالخلايا الجذعية لأمراض مثل السرطان.

في عمليات زرع الخلايا الجذعية التقليدية ، يزيل الأطباء خلايا الدم الجذعية من نخاع العظم قبل قتل الخلايا السرطانية بالإشعاع أو العلاج الكيميائي. ثم يعيدون الخلايا السليمة إلى الجسم.

لسوء الحظ ، لا تتمتع هذه الطريقة بنسبة نجاح عالية. اقترح بعض الباحثين أن الأشكال السابقة من الخلايا الجذعية من المرجح أن تعالج المرضى.

قد تجعل نماذج الأجنة من الممكن للأطباء إعادة الزمن إلى الوراء. كان الباحثون يأخذون خلايا الجلد من المريض ويغمرونها بالمواد الكيميائية لوضعها في حالة تشبه الخلايا الجذعية. مع الحمامات الكيميائية الأخرى ، يمكن بعد ذلك تحويل هذه الخلايا الجذعية إلى نموذج جنيني ، والذي يمكن أن يتطور بدوره إلى خلايا الدم المبكرة التي يحتاجها المريض بعد عملية الزرع.

حذر أليسون موتري ، عالِم الأحياء التطورية بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو ، والذي لم يشارك في الدراسات الجديدة ، من أن الدراسات الجديدة أظهرت فقط خطوة أولية. لسبب واحد ، بينما أسفرت التقنيات في بعض الأحيان عن مجموعات شبيهة بالجنين ، إلا أنها فشلت في كثير من الأحيان.

قال الدكتور موتري: “لا يزال العمل في مراحله المبكرة ، والأساليب الحالية بعيدة كل البعد عن الاعتماد عليها”.