دانشمندان بدون استفاده از تخمک و اسپرم رویان موش پرورش دادند

دستورالعمل ایجاد پستاندار ساده است: یک تخمک بردارید و اسپرم را به آن اضافه کنید و منتظر بمانید. بااین‌حال، دو مقاله جدید نشان می‌دهند راه دیگری نیز وجود دارد. در شرایط مناسب، سلول‌های بنیادی می‌توانند تقسیم شوند و به‌خودی‌خود به‌شکل رویان سازمان‌دهی پیدا کنند.

در مطالعاتی که اخیراً در مجله‌های Cell و Nature منتشر شد، دو گروه از پژوهشگران گزارش کردند که رویان‌های مصنوعی موش را برای مدت طولانی‌تری از قبل رشد داده‌اند. رویان‌ها به‌مدت ۸/۵ روز رشد کرده بودند که به‌اندازه‌ای بود که ارگان‌های مجزا (قلبی تپنده و لوله روده و حتی چین‌های عصبی) توسعه پیدا کنند.

البته این فرایند کامل نیست. فقط بخش کوچکی از سلول‌ها این ویژگی‌ها را توسعه می‌دهند و کاملاً شبیه رویان طبیعی نیستند؛ اما این دستاورد همچنان نشانگر پیشرفت بزرگی است که به دانشمندان کمک می‌کند تا رشد اعضای بدن را با جزئیات بی‌سابقه‌ای مشاهده کنند. جیان پینگ فو، مهندس زیستی در دانشگاه میشیگان در آن‌آربور می‌گوید:

بسیار هیجان‌انگیز است. احتمالاً نقطه‌ی عطف بعدی در این زمینه رویان انسانی مصنوعی مبتنی‌بر سلول‌های بنیادی خواهد بود.

رویان‌های طبیعی و مصنوعی موش رشدیافته به‌دست گروه پژوهشی ماگدالنا زرنیکاگوتس

دو تیم پژوهشی با استفاده از تکنیک‌های مشابهی به این موفقیت دست پیدا کردند. ماگدالنا زرنیکا‌گوتس، زیست‌شناس سلول‌های بنیادی در آزمایشگاه‌های دانشگاه کمبریج بریتانیا و مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا، یک دهه روی این موضوع کار کرده است. او می‌گوید:

ما کار خود را فقط با سلول‌های بنیادی رویانی شروع کردیم. آن‌ها می‌توانند مراحل اولیه رشد را تقلید کنند؛ اما ما نتوانستیم آن‌ها را از این مرحله جلوتر ببریم.

سپس چند سال پیش وقتی آنان سلول‌های بنیادی را اضافه کردند که جفت و کیسه زرده را ایجاد می‌کردند، رویان‌های آن‌ها بیشتر رشد کردند. سال گذشته، آنان نشان دادند که می‌توانند از این روش برای کشت جنین‌ها تا روز هفتم استفاده کنند. تیم زرنیکا‌گوتس در آخرین مقاله‌شان که در مجله‌ی نیچر منتشر شده است، توضیح می‌دهند که چگونه توانستند رویان‌ها را ۱/۵ روز دیگر نیز رشد دهند.

تیم زرنیکاگوتس این کار را به‌کمک تکنیکی انجام داد که جیکوب هانا، زیست‌شناس سلول‌های بنیادی مؤسسه‌ی علوم وایزمن، توسعه داده بود. هانا نیز سال‌ها روی این موضوع کار کرده است. سال گذشته، تیم هانا گزارش کرد دستگاهی ساخته‌اند که به آنان اجازه می‌دهد تا رویان‌های طبیعی موش را به‌مدت بی‌سابقه‌ای در خارج از رحم کشت دهند.

انکوباتور مذکور که رویان‌ها را از روز پنجم تا روز یازدهم نگه می‌دارد، از جنبه‌هایی از فناوری قبلی استفاده می‌کند که در آن رویان‌ها در ویال‌های شیشه‌ای قرار می‌گیرند و روی سیستم گردونه‌مانندی می‌چرخند و تهویه را به آن اضافه می‌کند. سیستم تهویه‌ی مخلوط اکسیژن و کربن‌دی‌اکسید و فشاری را کنترل می‌کند که وارد ویال‌ها می‌شود.

پس از انتشار مقاله‌ی هانا در سال گذشته، تیم او بخشی از انکوباتور خود را با زیست‌شناسان دیگر به‌اشتراک گذاشت. او می‌گوید: «هسته‌ی اصلی دستگاه را دراختیار همه افرادی قرار دادیم که آن را می‌خواستند.» زرنیکا‌گوتس و همکارانش نیز این اطلاعات را دریافت کردند و برای آزمایش‌های خود اندکی آن را تغییر دادند.

تیم هانا در مقاله‌ای که اول آگوست در مجله‌ی Cell منتشر شد، توضیح می‌دهد که آنان چگونه از سیستم خود برای رشد رویان‌ها به‌مدت ۸/۵ روز استفاده کردند. طول دوره‌ی بارداری در موش حدود ۲۰ روز است. این دوره به‌اندازه‌ی کافی طولانی است تا نواحی مختلف مغز توسعه پیدا و قلب شروع به تپیدن کند و لوله‌‌ی عصبی و لوله‌ی روده تشکیل شود. هانا می‌گوید این رویان‌های مصنوعی شباهت زیادی به رویان‌های طبیعی دارند که درنتیجه‌ی برخورد بین اسپرم و تخمک ایجاد می‌شوند؛ اما کاملاً یکسان نبودند و نقص‌ها و تفاوت‌هایی در اندازه‌ی اعضا دیده می‌شود.

رویان‌های مصنوعی موش که گروه پژوهشی جاکوب هانا، زیست‌شناس سلول‌های بنیادی، درون ویال‌ها رشد داده است.

هر تیم رویان‌های خود را با ترکیب‌کردن سه نوع سلول مختلف رشد داد و تیم هانا نیز موفق شد که هر سه نوع سلول را از سلول‌های بنیادی رویانی اولیه بسازد. او می‌گوید: «رویکرد ما روشی برای ساده‌سازی فرایند ارائه می‌دهد. شما می‌توانید همه‌چیز را از یک جمعیت سلولی آغاز کنید.» تیم زرنیکا‌گوتس دستاورد مشابهی در پیش‌چاپی گزارش کرد که در bioRxiv منتشر شد. این پژوهشگران در مقاله‌ی نیچر از سلول‌های پیش‌ساز جفت حاصل از یک رده‌ی سلولی استفاده کردند تا رویان‌های خود را تولید کنند.

همچنین، تیم زرنیکاگوتس آزمایشی انجام داد که در آن ژنی به نام Pax6 را حذف کرد که در رشد مغز نقشی مهم ایفا می‌کند. وقتی آنان این ژن را حذف کردند، سر موش‌ها به‌خوبی رشد نکرد که مشابه وضعیتی است که در رویان‌های طبیعی فاقد این ژن اتفاق می‌افتد. به‌گفته‌ی زرنیکا‌گوتس، نتایج نشان می‌دهد این سیستم واقعاً کاربردی است. مارتین پرا، زیست‌شناس سلول‌های بنیادی در مؤسسه‌ی تحقیقات آزمایشگاه جکسون در بار هاربور ایالت مین آمریکا می‌گوید:

این دو مقاله یکدیگر را تقویت می‌کنند. دو گروه بسیار ماهر توانسته‌اند مستقلاً نتایج تقریباً مشابهی تولید کنند.

برای پژوهشگران این مدل‌های مصنوعی مزیت‌های زیادی درمقایسه‌با رویان‌های طبیعی حاصل از تخمک و اسپرم دارند. ازآن‌‌‌جاکه آن‌ها خارج از رحم رشد می‌کنند، راحت‌تر می‌توان آن‌ها را زیر نظر گرفت. همچنین، دست‌‌کاری آن‌ها با استفاده از ابزارهای ویرایش ژنوم راحت‌تر است. فو می‌گوید: «می‌توانیم اختلال ایجاد و دست‌کاری کنیم و هریک از ژن‌های موش یا انسان را حذف کنیم.»

این ویژگی‌ها می‌تواند آن‌ها را به ابزار مفیدی برای کشف نقش ژن‌های مختلف در نقایص مادرزادی یا اختلالات رشد تبدیل کند. زرنیکا‌گوتس قصد دارد از این مدل برای درک علت شکست بارداری استفاده کند. هانا امیدوار است که از این روش برای ایجاد رویان‌های مصنوعی انسانی استفاده کند که می‌توانند منبعی برای تهیه‌ی اعضا و بافت‌های جدید برای افرادی باشند که به آن‌ها نیاز دارند.

رسیدن به مرحله‌ی تشکیل عضو در سلول‌های انسانی که حدود یک ماه پس از بارورسازی رخ می‌دهد، مشکل فنی مهمی است. علاوه‌بر‌این، هرچه این رویان‌ها به‌مدت بیشتری رشد می‌کنند، نگرانی‌های اخلاقی بیشتر می‌شود. یکی از سؤال‌های مهم این است که آیا این ساختارهای مصنوعی باید به‌عنوان رویان در نظر گرفته شوند.

انجمن بین‌المللی تحقیقات سلول‌های بنیادی ایالات متحده مدت‌ها درباره‌ی کشت رویان‌های انسانی پس از ۱۴ روز (معادل روز ششم در موش) هشدار داده بود (تقریباً زمانی‌که شیار اولیه ظاهر می‌شود؛ یعنی همان ساختاری که نشانگر آغاز گاسترولاسیون است). در سال ۲۰۲۱، این انجمن محدودیت مذکور را حذف و دستورالعمل‌هایی منتشر کرد که حاکی از آن بود که چنین پژوهشی باید منطق علمی قانع‌کننده‌ای داشته باشد و از حداقل تعداد رویان لازم برای رسیدن به اهداف علمی استفاده کند.

با‌این‌حال، پرا معتقد است که به گفت‌وگوی مستمر درباره‌ی اخلافیات چنین مدل‌هایی نیاز است. پژوهشگران سال‌ها است بدون مخالفت چندانی روی مدل‌های رویانی انسان کار می‌کنند؛ اما او نگران واکنش‌های منفی است؛ چراکه پژوهشگران شروع به ایجاد مدل‌های رویان انسانی می‌کنند که رشد اعضا در آن‌ها مشاهده می‌شود. او می‌گوید:

واکنش به این موضوع می‌تواند کل این حوزه پژوهشی را به‌خطر بیندازد. مهم است که مردم بدانند چه چیزی پیشنهاد و این کار با نوعی اتفاق‌نظر اخلاقی انجام می‌شود. باید با احتیاط حرکت کنیم.