Vědcům se podařilo vytvořit zatím nejdokonalejší lidská embrya čistě z buněk, aniž by se na jejich vzniku nějak podílel muž a žena. Jejich vývoj ukončili po dvou týdnech. Doufají, že tyto modely pomohou s poznáním vzniku života a také při odhalování zdravotních problémů.
Výzkumný tým vedený profesorem Jacobem Hannou z Weizmannova institutu věd vytvořil kompletní modely lidských embryí, a to zcela bez spermie a vajíčka, jen z kmenových buněk vypěstovaných v laboratoři a mimo dělohu. Vědci je udrželi při životě po dobu čtrnácti dnů.
- Kmenové buňky jsou nediferencované živočišné buňky, které mají schopnost se dělit a přeměnit se na jiný buněčný typ.
- Tato schopnost umožňuje tělu vytvořit nové buňky, a opravit tak poškozené části těla, které se skládají například z buněk, jež se dělit nesvedou.
Podle odborného časopisu Nature měly tyto umělé modely embryí všechny struktury a oddělení typické pro toto stadium vývoje – včetně placenty, žloutkového váčku, choriového váčku a dalších vnějších tkání, které zajišťují normální růst.
V čem je to nové a co s tím
Podobné modely lidských embryí „vyrobené“ bez spermie a vajíčka jen z lidských kmenových buněk už vznikly v minulosti. Nedaly se ale považovat za skutečně přesné, protože jim chyběly téměř všechny charakteristické znaky opravdového embrya, čili celá řada typů buněk, které jsou pro vývoj embrya zásadní (například ty, které tvoří placentu a choriový váček). Kromě toho neměly strukturální uspořádání charakteristické pro embryo a ani se u nich neobjevila schopnost dál se vyvíjet. Nové modely všechno tohle obsahují a umí.
Protože jsou tyto „falešné zárodky“ tak složité a tak moc připomínají autentická embrya, mohou vědě poskytnout zatím bezprecedentní možnost prostudovat, jak vzniká lidský život. O rané fázi embryonálního vývoje se toho totiž ví jenom málo, protože jeho studium je jak z etických, tak i z technických důvodů velmi obtížné.
Právě v této etapě vývoje se totiž odehrává onen „zázrak stvoření života“. Ze shluku buněk se stane během pouhých tří až čtyř týdnů dobře strukturované embryo, které už obsahuje všechny tělesné orgány, které má později dospělý člověk.
„Celé toto drama se odehrává v prvním měsíci, zbývajících osm měsíců těhotenství je hlavně spousta růstu,“ říká profesor Hanna. „První měsíc je stále z velké části černá skříňka. Náš model lidského embrya odvozeného z kmenových buněk nabízí etický a přístupný způsob, jak do této skříňky nahlédnout. Věrně napodobuje vývoj skutečného lidského embrya, zejména vznik jeho nádherně jemné architektury.“
Jak to vědci dokázali
Vědci vytvořili „embrya“ ze tří skupin buněk. Upravili je jen pomocí chemie, nikoliv genetickou modifikací, aby se zapnuly některé geny. Cílem bylo, aby se tyto buňky vydaly ve vývoji směrem k jednomu ze tří typů tkání potřebných ke vzniku embrya: placentě, žloutkovému vaku a extraembryonální mezodermové membráně, která nakonec vytvoří choriový vak.
Pak je smísili dohromady podle přesného protokolu a v optimalizovaných podmínkách. Buňky se pak samy shlukly do struktur – asi jedno procento z nich začalo připomínat embrya. „Embryo se z definice řídí samo; nemusíme mu říkat, co má dělat – musíme pouze uvolnit jeho vnitřně zakódovaný potenciál,“ vysvětluje Hanna. „Na začátku je rozhodující přimíchat správné druhy buněk, které lze získat pouze z naivních kmenových buněk, které nemají žádná vývojová omezení. Jakmile to uděláte, model podobný embryu už sám řekne: Do toho!“
Výsledky se podle následné analýzy strukturálně až neuvěřitelně podobaly přirozeným lidským embryím v odpovídajícím stadiu. Všechny struktury, která jsou součástí embrya, byly nejen na svém místě, ale také ve správné velikosti a tvaru. Dokonce i buňky, které vytvářejí hormon používaný při těhotenských testech, byly přítomné a aktivní: Když vědci aplikovali sekrety z těchto buněk na komerční těhotenský test, vyšel pozitivně.
To znamenalo, že jejich modely věrně napodobují proces, při kterém rané embryo získává všechny struktury potřebné k zahájení přeměny v plod. „K mnoha selháním v těhotenství dochází v prvních týdnech, často ještě před tím, než se žena dozví, že je těhotná,“ říká Hanna. „Právě tehdy také vzniká mnoho vrozených vad, i když bývají odhaleny mnohem později. Naše modely se mohou dát využít k odhalení biochemických a mechanických signálů, které zajišťují správný vývoj v této rané fázi, a způsobů, jakými se tento vývoj může pokazit.“ A první reálné výsledky už dokonce autoři mají.
Vědci totiž zjistili, že pokud není embryo ve 3. dni protokolu (což odpovídá 10. dni přirozeného embryonálního vývoje) správným způsobem obaleno buňkami tvořícími placentu, jeho vnitřní struktury, jako je žloutkový váček, se správně nevyvíjejí. „Embryo není statické. Musí mít správné buňky ve správném uspořádání a musí být schopno se vyvíjet,“ říká Hanna. „Naše kompletní modely embryí pomohou vědcům řešit ty nejzákladnější otázky o tom, co určuje jeho správný růst.“
Tento etický přístup k odhalování tajemství prvních fází embryonálního vývoje by mohl otevřít řadu výzkumných cest, dodávají autoři. Mohl by pomoci odhalit příčiny mnoha vrozených vad a typů neplodnosti. Mohl by také vést k novým technologiím pěstování tkání a orgánů pro transplantace. A mohl by nabídnout způsob, jak obejít experimenty, které nelze provádět na živých embryích – například zjišťování účinků působení léků nebo jiných látek na vývoj plodu.
Je to etické?
Žádná univerzální mezinárodní pravidla pro experimenty s takovými „modely embryí“ zatím neexistují. Výzkum je totiž výrazně rychlejší než byrokracie a legislativa, které takové zákony připravují a schvalují. Zatím existují jen takové normy, které omezují vývoj embryí, jež vznikla z vajíčka a spermie, nikoliv těch z kmenových buněk.
Vědci se proto snaží o seberegulaci, přinejmenším v Evropě a USA. „Pokud chceme, aby se tyto modely co nejvíc podobaly normálním embryím, pak by se s nimi mělo svým způsobem zacházet stejně,“ vysvětlil nedávno genetik Robin Lovell-Badge z Institutu Francise Cricka v Londýně. „V současné době ale v legislativě nejsou a lidé z toho mají obavy,“ připustil.
Vědci také zatím neví, jak je to s pravděpodobností, že by embrya dál přežila – jejich vývoj se ukončuje po dvou týdnech. Zatím nikdo neplánuje tuto hranici prolomit, právě v obavách z etických důvodů. Když se ale v minulosti experimentovalo s podobnými embryi u myší, ukázalo se, že přes významnou podobnost s „originálními“ nejsou životaschopná. Když je vědci implantovali do myších děloh, žádné z nich se nevyvinulo. A stejně dopadly také experimenty s opicemi v Číně. Proč to tak je, vědci zatím nevědí.
