رقابت دانشمندان برای ساخت سلول‌های جنسی انسان در آزمایشگاه

وقتی اسپرم با تخمک برخورد می‌کند، رویان تشکیل می‌شود؛ اما چه می‌شود اگر بتوانیم این کار را با سلول‌های دیگر شروع کنیم؟ چه می‌شود اگر نمونه سلول پوست یا خون را بتوان به تخمک‌ها و اسپرم‌های مصنوعی تبدیل کرد؟ چه می‌شود اگر برای بچه‌دار‌شدن فقط به همین سلول‌ها نیاز باشد؟

این دستاوردها نویدبخش رویکردی بنیادین برای تولیدمثل است. دانشمندان قبلاً با استفاده از سلول‌های موش، تخمک و اسپرم مصنوعی را تولید کرده‌اند و از آن‌ها برای تولید توله موش استفاده کرده‌اند. سلول‌های جنسی مصنوعی انسان قدم بعدی پژوهشگران است. این پیشرفت‌ها می‌تواند نویدبخش پایان ناباروری باشد. اگر بتوانید سلول‌های جنسی جدیدی را درون آزمایشگاه تولید کنید، نیازی نیست که نگران فقدان اسپرم یا تخمک باشید.

دانشمندان در آزمایشگاه‌ها برای ساخت سلول‌های اسپرم و تخمک تلاش می‌کنند. آیا این پایان تولیدمثل به روش مرسوم خواهد بود؟ حداقل پس از یک دهه نتایج وسوسه‌انگیز در آزمایشگاه، این چشم‌اندازی است که وجود دارد. ما کم‌و‌بیش می‌دانیم که چگونه این کار را انجام دهیم. مشکل اصلی انجام این کار روی سلول‌های انسانی و سخت‌تر از آن گشودن گره مسائل اخلاقی است که در طول مسیر پیش خواهد آمد.

تولید سلول‌های جنسی انسان بسیار دشوارتر از تولید اسپرم و تخمک موش است. درواقع، این فرایند به‌قدری پیچیده است که برخی از پژوهشگرانی که سال‌ها در تلاش برای تولید آن‌ها بوده‌اند، دست از تلاش برداشته‌اند. این کار سخت است و به دانش تخصصی درباره نحوه تمایز سلول‌ها به اسپرم و تخمک و چگونگی رشد رویان انسان نیاز دارد. مکانیسم‌های دقیق این فرایندها هنوز به‌خوبی شناسایی نشده است.

خوش‌بین‌ها ممکن است چنین استدلال کنند که همین نگرانی‌ها در ابتدا درباره لقاح آزمایشگاهی (IVF) نیز مطرح بود. این روزها، فقط در ایالات متحده، حدود ۷۳ هزار کودک در سال درنتیجه استفاده از فناوری‌های کمک‌باروری مانند IVF متولد می‌شوند. اگر بتوانیم راه ایمنی برای انجام این کار پیدا کنیم، استفاده از سلول‌های جنسی مصنوعی می‌تواند تولیدمثل را دچار تحول ریشه‌ای‌ کند و به‌طور بالقوه معنای والد زیستی را از نو تعریف کند.

در حدود یک دهه گذشته، میتینوری سایتو، زیست‌شناس دانشگاه کیوتو با همکاری پژوهشگران دیگران پیشگامانه‌ترین پژوهش درزمینه گامتوژنز آزمایشگاهی را انجام داد (تولید سلول‌های تخمک و اسپرم مصنوعی در آزمایشگاه).

بخش زیادی از کار بر پایه فناوری برنده جایزه نوبل قرار دارد که در سال ۲۰۰۶ توسعه پیدا کرد. فناوری مذکور به دانشمندان اجازه می‌دهد تا سلول‌های بالغ را به سلول‌های بنیادی تبدیل کنند. این سلول‌های بنیادی می‌توانند تقریباً به هر نوع سلول تخصصی موجود در بدن تبدیل شوند: سلول قلب، سلول کبد، سلول مغز و... . ترفند این کار این است که نحوه تحریک سلول‌های بنیادی برای تبدیل‌شدن به سلول‌های تخمک و اسپرم را کشف کنیم.

این تخمک‌ها بالغ و سپس با اسپرم بارور شدند و رویان‌های حاصل در رحم موش‌های ماده کشت شدند و نوزادان ظاهراً سالمی را به دنیا آوردند. این شاهکار با هر معیاری که سنجیده می‌شد، پیشرفتی قابل‌توجه بود و کانال‌های خبری سراسر جهان به سرعت اعلام کردند که تولیدمثل انسان برای همیشه تغییر خواهد کرد.

سایتو و هیاشی و همچنین تیم‌های دیگر موفقیت‌های مشابهی با اسپرم موش حاصل کرده‌اند. اکنون رقابت بر سر انجام همین رویه با سلول‌های انسانی است. پژوهشگران موفق به تولید سلول‌های جنسی نابالغ شده‌اند و در حال کار روی روش‌هایی هستند که سلول‌ها را به سمت پیش‌تر حرکت دهند، تا جایی که بتوانند برای تولید رویان استفاده شوند.

اکنون، سایتو روی تخمک‌ها تمرکز دارد. تیم او سلول‌ها را پس از کشت در آزمایشگاه به مدت چهار ماه، به مرحله اووگونی رسانده است (مرحله پیش از تبدیل‌شدن به تخمک). در همین حین، در سال ۲۰۱۵، کوتارو ساساکی دانشجوی سابق سایتو در دانشگاه پنسیلوانیا، سلول‌های خونی مردان را به سلول‌های بنیادی تبدیل کرد و سلول‌های ابتدایی پیش‌ساز اسپرم را تولید کرد.

ساساکی می‌گوید: «این نوعی دستورالعمل برای ساخت سلول جنسی اولیه است.» از آن زمان، تیم در تلاش بوده است تا در آزمایشگاه این سلول‌های اولیه را تشویق کند تا به اسپرم تبدیل شوند. اخیراً آن‌ها موفق به دستیابی سلول‌های اسپرماتوگونی شده‌اند. اسپرماتوگونی پیش‌ساز سلول‌های اسپرم است. وی می‌افزاید: «اکنون قدمی به ساختن اسپرم در آزمایشگاه نزدیک‌تر شده‌ایم.»

دانشمندان می‌دانند چگونه سلول‌های بالغ را به سلول‌های بنیادی تبدیل کنند و (در موش‌ها) چگونه کاری کنند که آن‌ها به اسپرم و تخمک تبدیل شوند. اکنون رقابت بر سر انجام همین کار با سلول‌های انسانی است. رسیدن به گام نهایی درباره سلول‌های تخمک و اسپرم به‌طور استثنایی دشوار بوده است. تعداد کروموزوم‌های تخمک‌ها و اسپرم‌های بالغ نصف تعداد کروموزوم‌های سلول‌های دیگر بدن است. این مرحله‌ای حیاتی است که به دو سلول اجازه می‌دهد تا با هم ترکیب شوند و رویانی با مجموعه کامل کروموزوم‌ها را تشکیل دهند.

دراین‌میان، موانع دیگری نیز وجود دارد که برخی از آن‌ها به‌قدری چالش‌برانگیز است که بسیاری از دانشمندان دربرابر آن‌ها تسلیم شده‌اند. یکی از چالش‌ها آن است که هدایت سلول‌های بنیادی در مسیر درست نیازمند مهارت و تخصص منحصربه‌فرد است. سایتو می‌گوید هر کسی نمی‌تواند در آزمایشگاه سلول‌های تخمک و اسپرم را تولید کند.

سایتو و هیاشی که اکنون در دانشگاه کیوشو مشغول به کار هستند، تیم‌های مشهور جهانی را سرپرستی می‌کنند که مهارت فوق‌العاده‌ای دارند. برای مثال، دستاوردهای آن‌ها بدون مشارکت هیروشی اوتا امکان‌پذیر نبوده است. اوتا، متخصص بی‌حسی موش‌های تازه متولدشده با استفاده از یخ، انجام جراحی‌های پیچیده روی آن‌ها و تزریق سلول‌ها به غدد جنسی مینیاتوری این حیوانات است.

کل رویه باید طی پنج دقیقه کامل شود وگرنه حیوانات می‌میرند. فقط تعداد کمی از افراد چنین مهارت‌هایی را دارند که به دست آوردن آن‌ها چندین ماه طول می‌کشد. سایتو می‌گوید: «فکر می‌کنم که گروه ما خوش‌شانس بود. این گردهمایی از بسیاری از دانشمندان با استعداد بود.» از موانع این کار فقدان دانش عمیق درباره این موضوع است که چگونه اشکال ابتدایی تخمک و اسپرم به‌طور طبیعی در رویان توسعه پیدا می‌کند. این فرایند هنوز به‌طور کامل در انسان‌ها درک نشده است.

برخی از سلول‌های رویان در حدود روز ۱۴ شروع به تمایز به این سلول‌های جنسی اولیه می‌کنند؛ اما در برخی از کشورها، رشد رویان انسان در تحقیقات علمی بیش از ۱۴ روز غیرقانونی است. عظیم سورانی در دانشگاه کمبریج بریتانیا روی پیش‌سازهای سلول‌های جنسی مصنوعی کار می‌کند. او می‌گوید: «اگر از روز ۱۴ فراتر بروم، مرا به زندان می‌فرستند. ازنظر تحقیقاتی، مشکل این است که قانون روز ۱۴ درست زمانی مطرح می‌شود که رویان‌ها جالب‌تر می‌شوند.» اگر دانشمندان نتوانند به‌راحتی روند حیاتی تشکیل سلول‌های تخمک و اسپرم را در سلول‌هایی ابتدایی مطالعه کنند، ازنظر توانایی تکرار این فرایند در آزمایشگاه محدود خواهند بود.

مراحل تولید رویان از سلول‌های جنسی مصنوعی

حتی اگر دانشمندان بتوانند رویان‌ها را آزادانه‌تر مطالعه کنند، معماهایی همچنان باقی خواهد ماند. وقتی سلول‌های سازنده تخمک و اسپرم تولید می‌شوند، آن‌ها تا زمان بلوغ یا تخمک‌گذاری در نوعی حالت معلق ازنظر حیات (زیست تعویقی) نگه‌داری می‌شوند؛ اما در سال‌های بین آن چه اتفاقی برای آن‌ها می‌افتد؟ و این مرحله چقدر برای سلامت تخمک‌ها و اسپرم‌ها اهمیت دارد؟ سورانی می‌گوید: «پاسخ صادقانه این است که نمی‌دانیم.»

سلول‌های بنیادی در آزمایشگاه همچنین باید تحت شرایط دقیقی تولید شوند و مورد مراقبت قرار گیرند. برای زنده ماندن، آن‌ها باید در ترکیبی از مواد مغذی غرق باشند که باید هر روز عوض شود. بیورن هندریکس از دانشگاه گنت بلژیک، یکی از دانشمندانی که از ایجاد تخمک‌های انسانی به این روش در آزمایشگاه منصرف شده است، می‌گوید: «این کار بسیار وقت‌گیر، پرزحمت و پرهزینه است. نتیجه تلاش‌ها و پولی که صرف آن کردیم، بسیار ناچیز بود.»

بخشی از چالش این است که برای اینکه سلول‌های بنیادی پیش‌ساز به سلول‌های تخمک یا اسپرم کاملاً بالغ تبدیل شوند، باید در محیطی قرار گیرند که شبیه تخمدان یا بیضه‌ای باشد که به‌تازگی توسعه یافته است.

پژوهشگرانی که روی موش‌ها مطالعه می‌کنند، از بافت گرفته‌شده از رویان‌های موش برای وادار‌کردن سلول‌های بنیادی برای تمایز پیدا‌کردن به سلول‌های جنسی استفاده می‌کنند؛ اما استفاده از بافت انسانی از رویان‌های دورریخته‌شده ازنظر اخلاقی و قانونی مشکل‌ساز است. بنابراین، دانشمندان در حال کار روی راه‌هایی برای ایجاد محیط مناسب بدون استفاده از بافت رویان هستند. نتیجه این است که احتمالاً به تیمی بسیار تخصصی و سال‌ها پژوهش نیاز دارد. سورانی می‌گوید: «غیرممکن نیست؛ اما انجام آن آسان نخواهد بود.»

این امر مانع از تلاش چندین شرکت بیوتکنولوژی درزمینه کار روی سلول‌های جنسی مصنوعی نشده است. یک شرکت نوپای دارای روابط گسترده در تلاش است تا قوانین تولیدمثل را اصلاح کند. شرکت Conception در برکلی کالیفرنیا که تیمی متشکل از حدود ۳۰ دانشمند را استخدام کرده است، قصد دارد سلول‌های بنیادی را به تخمک‌های انسانی تبدیل کند تا زنان مسن یا نابارور را قادر سازد تا فرزندانی داشته باشند که ازنظر ژنتیکی با آن‌ها ارتباط دارند.

مت کریسیلوف، مدیرعامل این شرکت می‌گوید تیمش تاحدودی پیشرفت کرده است و او درباره نتایج بسیار هیجان‌زده است. کریسیلوف درباره نتایج توضیحی نمی‌دهد. شرکت هنوز پژوهش‌های خود را منتشر نکرده است و کریسیلوف می‌گوید قصد دارد آن‌ها را منتشر کند. کریسیلوف پیش‌بینی می‌کند که شرکت او در آینده نزدیک بتواند سلول‌های تخمک را از سلول‌های خونی افراد بسازد. او انتظار دارد که درنهایت با یک کلینیک IVF همکاری کند تا تخمک‌ها را برای تولید رویان بارور کند.

درحالی‌که همه افرادی که MIT Technology Review با آن‌ها تماس گرفته بود، اطمینان داشتند که درنهایت دانشمندان می‌توانند سلول‌های تخمک و اسپرم مصنوعی انسان را در آزمایشگاه تولید کنند، دراین‌مورد اطمینان کمتری وجود دارد که آیا خواهیم توانست به‌طور ایمن از آن‌ها برای تولیدمثل استفاده کنیم. یکی از نگرانی‌ها این است که با افزایش سن، آسیب‌های DNA تجمع پیدا می‌کند. تصور می‌شود که تجمع آسیب درDNA یکی از دلایل این موضوع است که چرا بسیاری از سرطان‌ها بیشتر هنگام پیری ما را تحت‌تأثیر قرار می‌دهند.

همچنین، تصور می‌شود که سلول‌های بدن نسبت‌به سلول‌های زایایی که تخمک و اسپرم را می‌سازند، جهش‌های بیشتری داشته باشند. سلول پوستی یک فرد ۵۰ ساله نسبت‌به سلول اسپرم یا تخمک فرد ۳۰ ساله جهش‌های بسیار بیشتری خواهد داشت. علاوه‌براین، ما نمی‌دانیم این مسئله چگونه می‌تواند بر رویان یا کودک تأثیر بگذارد. سایتو بر این باور است که اگر این فناوری به واقعیت بالینی تبدیل شود، احتمالاً باید سلول‌های خود را زودتر و به‌طور ایده‌آل در هنگام تولد ذخیره کنید.

دانشمندان همچنین نگران هستند که این فناوری بر نحوه عملکرد DNA در نوزادان متولدشده با استفاده از سلول‌های جنسی مصنوعی تأثیر بگذارد. برخی مولکول‌ها می‌توانند به DNA متصل شوند و بیان ژن‌ها و اساسا نحوه تولید پروتئین‌ها را تغییر دهند. این تغییرات اپی‌ژنتیکی می‌توانند ژن‌ها را فعال یا غیرفعال کند یا اینکه بیان آن‌ها را افزایش یا کاهش دهد.

این تغییرات اپی‌ژنتیکی احتمالاً توضیح می‌دهند که چرا نوزادانی که ازطریق لقاح مصنوعی حاصل می‌شوند، معمولاً نسبت‌به نوزادانی که به‌طور عادی حاصل می‌شوند، وزن متفاوتی دارند و این مسئله می‌تواند بسته به نوع مایع غنی از مواد مغذی که سلول‌ها در آن قرار دارند، متفاوت باشد. اگر چند روز ماندن در ظرف می‌تواند بر نحوه بیان ژن‌ها اثر بگذارد، درمورد هفته‌ها یا ماه‌ها چطور؟ در طولانی‌ترین موارد، سلول‌های جنسی انسان در آزمایشگاه به مدت چهار ماه کشت شده‌اند. هندریکس می‌گوید: «این بسیار طولانی است و طبیعی نیست.»

درحالی‌که دانشمندان توانسته‌اند از سلول‌های بنیادی، توله‌ موش تولید کنند، نگاهی دقیق‌تر به نتایج مطالعه نشان می‌دهد بیشتر رویان‌هایی که به این روش تولید می‌شوند، سالم نیستند. هزاران تخمک باید تولید شود تا تعدادی از آن‌ها که به اندازه کافی سالم هستند که بتوانند با موفقیت بارور شوند، تولید شوند. سپس تقریباً تمام رویان‌هایی که با تخمک‌های مصنوعی تولید می‌شوند، به روش‌های عجیبی می‌میرند.

سایتو می‌گوید رویان‌ها بدشکل به‌نظر می‌رسند و ظاهراً ناهنجاری‌های زیادی دارند. آمریتا مارینو می‌گوید: «تمرکز همیشه روی موش‌هایی است متولد می‌شوند؛ اما اگر یک موش زنده داشته باشید، ۹۹۹ رویان مرده خواهید داشت.» سایتو می‌گوید: «نرخ موفقیت طی ده سال گذشته بهبود پیدا نکرده است.»

هایدی مرتس، متخصص اخلاق پزشکی در دانشگاه گنت، پیامدهای اخلاقی به‌دست‌آوردن سلول‌های جنسی از سلول‌های بدن را به‌طورعمیق بررسی کرده است. وی درباره این موضوع می‌گوید: «فکر نمی‌کنم دلیل زیستی اساسی برای عدم کارآیی چنین روشی وجود داشته باشد؛ اما نمی‌خواهم اولین بیماری باشم که آن را امتحان می‌کند.»

همه این‌ها ممکن است مانع از این نشود که برخی افراد آن را آزمایش کنند. همه ما دیدیم که وقتی هی جیانکوی از فناوری ویرایش ژنوم کریسپر برای تغییر DNA دو رویان استفاده کرد، چه اتفاقی افتاد و منجر به تولد نوزادان دوقلویی شد که ژن‌های آن‌ها ویرایش شده بود.

جیانکوی ظاهراً قصد داشت تا خطر ابتلای دوقلوها به HIV را کاهش دهد؛ اما ممکن است آن‌ها را درمعرض خطر مشکلات سلامتی دیگری قرار داده باشد که در مراحل بعدی زندگی دختران ممکن است ظاهر شود. او به‌طور گسترده مورد انتقاد قرار گرفت و درنهایت در چین به زندان محکوم شد.

واقعیت این است که همیشه کسی وجود دارد که بخواهد قوانین را دور بزند تا اولین کسی باشد که به دستاوردهای علمی دست پیدا کند. علاوه‌بر‌این، درباره پزشکی تولیدمثلی، ترکیب خطرناک مبالغ هنگفت و مقررات محدود، درمان‌های آزمایشی و جدید را قادر می‌سازد تا به سرعت روی والدین درمانده‌ای که آرزوی داشتن فرزند را دارند، آزمایش شود.

سال گذشته، انجمن بین‌المللی تحقیقات سلول‌های بنیادی (گروه بین‌المللی از پژوهشگران که در این زمینه کار می‌کنند) دستورالعمل‌های به‌روزشده‌ای را برای پژوهش و درمان‌ها منتشر کرد. این دستورالعمل‌ها به صراحت استفاده از تخمک یا اسپرم تولیدشده از سلول‌های بنیادی را برای دادن توانایی بچه‌دار‌شدن به افراد ممنوع می‌کند: «این رویه مجاز نیست و درحال‌حاضر ناامن است»؛ اما دستورالعمل‌های این انجمن قانون نیستند.

مقایسه رویکردهای وصف‌شده با لقاح مصنوعی آسان است. این فناوری نیز زمانی به‌عنوان پایان ناباروری مطرح شد و توسط منتقدان به‌عنوان رویه‌ای غیرطبیعی مورد انتقاد قرار گرفت. به‌نظر می‌رسد که IVF تاکنون برای نوزادان بی‌خطر بوده است. میلیون‌ها نوزاد سالم درنتیجه این فناوری متولد شده‌اند؛ اما برخی استدلال می‌کنند که هنوز واقعاً نمی‌دانیم که آیا IVF اثرات طولانی‌مدتی دارد یا نه.

اولین فردی که با استفاده از این روش به دنیا آمد، یعنی لوئیز براون، اکنون ۴۴ ساله است و نمی‌دانیم که آیا خطراتی برای سلامتی وجود دارد که در مراحل بعدی زندگی آشکار شود. سایتو می‌گوید: «هیچ‌کسی این اثرات بلندمدت را درنظر نگرفته است و اگر کار را با گامت‌های مصنوعی شروع کنید، احتمالاً این اثرات عمیق‌تر خواهند شد.»

مرتس، کارشناس اخلاق پزشکی در گنت، می‌پرسد که با‌‌‌توجه‌‌‌‌با خطرات ایمنی آیا باید همچنان روی این روش پافشاری کنیم؟ داشتن فرزندانی که ازنظر ژنتیکی مرتبط هستند، تنها مسیر برای والد‌شدن نیست و گزینه‌های دیگری برای افرادی که نمی‌توانند با اسپرم و تخمک خود صاحب فرزند شوند، وجود دارد. او می‌گوید: «نباید این ایده را تقویت کنیم که والد‌بودن ژنتیکی چیزی است که خطرات زیادی را توجیه می‌کند.»

این موضوع حساس است و مرتس به دلیل انتشار افکارش با واکنش‌های منفی مواجه شده است. ساساکی می‌گوید: «نمی‌دانم آیا این کار باید انجام شود یا اصلاً ایمن است یا نه؛ اما ازآنجاکه امکان‌پذیر است، از منظر اخلاقی و قانونی باید به‌شدت درباره آن بحث کنید.»

اکنون زمان این بحث‌ها است. گامت‌های مصنوعی انسانی قرار است در سال‌های آینده به واقعیتی علمی تبدیل شود. سایتو در پاسخ به این سؤال که پیش‌بینی می‌کند گامت‌های مصنوعی چه زمانی در کلینیک‌ها استفاده شود، می‌گوید: «صادقانه بگویم، دوست ندارم حدس بزنم. با برخی موانع غیرمنتظره، پیشرفت ناگهان متوقف می‌شود؛ اما با برخی از پیشرفت‌های غیرمنتظره، ناگهان سرعت می‌گیرد.»

برخی استدلال می‌کنند که نباید ژن‌های افراد نابارور را به نسل بعد منتقل کرد. طبق استدلال آن‌ها، این فرایند به‌شدت مصنوعی است و رویان‌ها و نوزادان حاصل ممکن است ازنظر بقا مشکل داشته باشند. این مباحثه سایتو را به یاد رمان مصور تزوکا اوسامو می‌اندازد که ققنوس نام دارد و در آینده اتفاق می‌افتد. او می‌گوید: «ققنوس داستانی درباره نحوه ایجاد تمام پستانداران به روش‌های مصنوعی است.» در این داستان، حیوانات درون لوله‌های آزمایش زنده نگه داشته می‌شوند و به محض ترک این فضای محافظ می‌میرند.

سایتو کنجکاو است که آیا رویان‌هایی که از سلول‌های جنسی مصنوعی تولید می‌شوند، با‌‌‌توجه‌‌‌‌با نرخ موفقیت پایین در موش‌ها، ممکن است به سرنوشت مشابهی دچار شوند. او می‌گوید: «این زمان ممکن است فرا برسد و با پیشرفت علم، می‌بینم که جامعه ما به‌تدریج به آنچه تزوکا به تصویر کشیده است، نزدیک می‌شود.»