Rewelacje z zarodka: Przebłyski w okresie prenatalnym
Raport opublikowany w „Nature” przez naukowców z Wielkiej Brytanii i Niemiec zapewnia bezprecedensowy wgląd we wczesny embrion ludzki – dzięki kobiecie, która oddała jeden embrion po aborcji. Przekazała darowiznę za pośrednictwem Human Developmental Biology Resource, który zapewnia automatyczną zgodę bioetyczną Instytutu Genetyki Człowieka w Newcastle i Instytutu Zdrowia Dziecka w Londynie.
Badanie najwcześniejszych zarodków może dostarczyć wskazówek, w jaki sposób są one naturalnie tracone w wyniku poronień, które mogą być tak wczesne, że wydają się być bezpłodnością, a także dostarczyć wskazówek, w jaki sposób rozwój odbiega od normalności, gdy pojawiają się wady wrodzone. Substytuty wykorzystania ludzkich wczesnych embrionów – takie jak modele zwierzęce lub hodowane organoidy z komórek macierzystych – są kiepskimi zamiennikami.
Rozwijają się pierwsze dwa tygodnie embrionu
Narzędzie o nazwie etapy Carnegie wymienia dzienne zmiany zarodków kręgowców. Dla ludzi „okres zarodka” oficjalnie trwa do 60 dnia po zapłodnieniu (poczęciu). Następnie, gdy wszystkie struktury zostaną ustanowione w jakiejś formie, prenatalny człowiek oficjalnie staje się płodem. Wiele doniesień prasowych, polityków i osób opowiadających się za ograniczeniem praw reprodukcyjnych błędnie nazywa zarodki płodami.
Rozwój prenatalny człowieka rozpoczyna się oczywiście wraz z zapłodnieniem komórki jajowej. Ta początkowa komórka dzieli się na dwie, potem dwie na cztery, cztery na osiem i tak dalej, aż zarodek stanie się stałą kulą komórek, zwaną morulą (łac. „morwa”, którą przypomina). Od poczęcia minęły już cztery dni, a zarodek przemieszcza się rurką do macicy.
Piątego dnia kulka wydrąża się, gdy dociera do bogatej wyściółki macicy i zaczyna się w niej zagnieżdżać do 7 dnia. Wkrótce potem odkłada się komórki, które staną się błonami pozazarodkowymi, podczas gdy inne komórki gromadzą się i przylegają do wewnętrzną powierzchnię (wewnętrzną masę komórkową), na drodze do stania się tym, co biolodzy nazywają „właściwym zarodkiem”.
Wewnętrzna masa komórkowa nadal się wydłuża, a następnie zakrzywia w strukturę zwaną epiblastem, która do 19 dnia daje początek trzem pierwotnym listkom zarodkowym. Lokalizacja jest wszystkim w 3-warstwowym zarodku.
Komórki na zewnątrz lub ektoderma staną się skórą i jej pochodnymi, takimi jak włosy i paznokcie; nerwowość; szkliwa zębów i soczewek oraz przysadki mózgowej i wnętrza nadnerczy. Najbardziej wewnętrzne komórki to endoderma, która ma stać się wątrobą lub trzustką lub wyściółką dróg oddechowych, pokarmowych i moczowych. Wszystko inne – w tym mięśnie i tkanki łączne, które tworzą większość ciała – pochodzi z warstwy środkowej lub mezodermy.
Objawienia z zarodka
Richard Tyser, Shankar Srinivas i ich współpracownicy wykorzystali sekwencjonowanie RNA pojedynczych komórek – znane również jako RNA-Seq – do analizy, które geny są transkrybowane na mRNA i tłumaczone na białka w każdej z 1195 komórek z gastrulacji zarodka. Komórki zarodka miały 46 par chromosomów, a charakterystyczne Y wskazywało, że był to mężczyzna.
Analizując mRNA komórka po komórce, naukowcy byli w stanie namalować portret wydarzeń w gastruli w bezprecedensowy sposób. Wykorzystali również standardowe markery do wyróżnienia określonych części ciała, dane dotyczące lokalizacji komórek w zarodku oraz metodę statystyczną, która grupuje komórki według zestawów genów, które transkrybują na mRNA.
The Wiadomości i poglądy artykuł towarzyszący raportowi z badań miał doskonały nagłówek: „Rzut oka na czarną skrzynkę ludzkiej embriologii”. Odkrycie RNAseq dotyczące działania genów na poziomie pojedynczej komórki wyjaśnia funkcję, która nie zawsze wynika ze struktury. Eksperymenty ujawniły kilka aspektów zarodka.
- Ektoderma, która jest częścią zarodka, przylega do podobnych komórek, które są częścią wyściółki owodniowej, co nie zdarza się w embrionach myszy – prawdopodobnie ważne dla projektowania eksperymentów wykorzystujących myszy jako zastępców rozwojowych dla ludzi.
- Wczesny zarodek nie wykazywał żadnych śladów czegoś przypominającego komórkę nerwową. To dzieje się później.
- Przyszłe plemniki zarodka są już odkładane przez dwa tygodnie.
- Prekursory komórek krwi pojawiają się jako kolorowe kropki w woreczku żółtkowym.
Inne ważne odkrycie zebrane z tego jednego zarodka dawcy dotyczy kontrowersyjnych ludzkich embrionalnych komórek macierzystych (hES). Niektórzy ludzie, zwłaszcza fundamentaliści religijni, sprzeciwiali się używaniu tych komórek, uważając je za komórki z ludzkich embrionów. Ale nie są i nigdy nie były. Komórki hES są raczej hodowane w szklanych naczyniach z komórek wewnętrznej masy komórkowej, z zarodka.
Z powodu tego często niezrozumianego pochodzenia badacze nigdy nie byli do końca pewni, którym dokładnie komórkom odpowiadają komórki hES w rzeczywistym zarodku ludzkim. Ale RNAseq oddanego zarodka jasno pokazuje, że komórki hES są równoważne komórkom z zarodka przed zagnieżdżeniem się w macicy – przed piątym dniem po zapłodnieniu. NIE są one odpowiednikiem dnia 19 gastrula. Komórka hES wymaga naparu czynników wzrostu i transkrypcji, aby wyspecjalizować się na tyle, by dorównać stanowi gastruli, która jest na skraju rozwinięcia się w narządy pierwotne.
Wkrótce po opublikowaniu artykułu o gastruli podobny raport dotyczący rozwoju prenatalnego człowieka pojawił się tydzień wcześniej w Nature, autorstwa naukowców z Francji, Austrii i Belgii. Użyli „dodatków IVF” przekazanych we Francji do hodowli blastoidów, które są hodowane w laboratorium, aby przypominały blastulę, pustą kulę komórek, która pojawia się 5 do 7 dni po zapłodnieniu. Pod koniec tego krytycznego czasu zarodek zagnieżdża się w wyściółce macicy, gdy wytwarzany jest hormon ciążowy hCG. RNAseq na blastoidach ujawnił początkową ekspresję genów, które kierują specjalizacją trzech warstw zarodka do gastruli.
Warto zauważyć, że te dwa artykuły, które dostarczają wglądu w okres prenatalny, który będzie informował o rozwoju środków antykoncepcyjnych i poprawią zrozumienie niepłodności i wczesnej utraty ciąży, pochodzą z Europy, za rutynową świadomą zgodą dawców materiału biologicznego.
Przebłysk okresu prenatalnego
Dzisiaj łatwo jest przeglądać zdjęcia ludzi w okresie prenatalnym za pomocą Google, ale kiedy opinia publiczna po raz pierwszy zobaczyła takie rzeczy na okładce i 16 stronach Magazyn Życie w 1965 roku był szok i podziw.
Szwedzki fotoreporter Lennart Nilsson wykonał te kultowe zdjęcia i opublikował ich jeszcze więcej w słynnej już książce pt. Rodzi się dziecko, tego roku. Po raz pierwszy zobaczył ludzki płód w 1952 roku, kiedy wykonywał zlecenie w szpitalu Sabbatsberg w Sztokholmie. Płód pływał w szklanym słoju zakonserwowanym w formaldehydzie. Nilsson, który wkrótce miał zostać ojcem, był zachwycony i przyniósł słoik do domu, aby sfotografować, publikując pierwsze zdjęcia jeszcze w tym samym roku.
Ja też widziałem prenatalnego człowieka unoszącego się w formaldehydzie, ale to było w probówce. Zachowany w 44 dniu ciąży zarodek ma wielkość paznokcia miniatury. Probówkę owiniętą w gazę trzymam w szufladzie biurka.
Za tym stoi pewna historia. Nie wzięłam zarodka celowo.
W 1990 roku wykładałem genetykę na uniwersytecie państwowym. Na moim oddziale znajdowała się kolekcja ludzkich embrionów i płodów przekazanych przez położnika w latach pięćdziesiątych XX wieku, zebranych od pacjentek, które poroniły. Chciałem pokazać je mojej klasie, aby zilustrować rozwój prenatalny człowieka.
Najmniejszy zarodek był wielkości ziarnka grochu; największy płód, w wieku 8 miesięcy, został wepchnięty do dużego słoika z majonezem Hellman’s, niepokojąco przypominający dziecko. Pewnego dnia nieumyślnie zabrałem ze sobą moją córkę Sarę, kiedy miałem tubki i butelki, a kiedy zobaczyła słoik majonezu i jego zawartość, wybuchnęła płaczem.
Kilka dni później, bez Sarah, woziłem kolekcję po kampusie w wózku spożywczym. Zatrzymał mnie reporter szkolnej gazetki, sądząc, że wystawiam antyaborcyjną wystawę. Wyjaśniłem, że nie, to było po prostu narzędzie nauczania.
Zajęcia poszły dobrze. Ale w moim biurze, kiedy spakowałem kolekcję, samotna probówka jakimś cudem wpadła do szuflady mojego biurka. Zwróciłem probówki i butelki, a brakującą probówkę znalazłem wiele lat później, kiedy sprzątałem biurko.
Wcześniejsze doświadczenia z oglądaniem embrionów i płodów ludzkich miałem między 6. rokiem życia Sary a moim wiekiem jako młody profesor.
Jako licealista pracowałem w laboratorium przetwarzającym pozostałości po aborcjach. Było to wiosną 1972 r. przed sprawą Roe przeciwko Wade, a przerwanie ciąży jako zabieg medyczny było legalne w stanie Nowy Jork. Tysiące kobiet podróżowało tam w tym celu i dlatego dostałem tę pracę.
Zakrwawiona tkanka dotarła do laboratorium w małych, przezroczystych kubeczkach, jak koktajl owocowy. Jako początkująca biolog wpatrywałam się z fascynacją w kubki, połykając zawartość, próbując zidentyfikować tkanki i fragmenty narządów, nieświadoma bólu serca, który prawdopodobnie doprowadził do decyzji o przerwaniu ciąży.
Te badania zachęciły mnie do refleksji nad moimi przeszłymi doświadczeniami, znaczeniem tych badań i tym, co mnie czeka.
Podziwiam kobietę z Wielkiej Brytanii i pary z oddziału technologii wspomaganego rozrodu Szpitala Uniwersyteckiego w Nantes we Francji, które oddały swoje wczesne zarodki, aby umożliwić naukowcom zbadanie, w jaki sposób komórki układają się w funkcjonującą całość. Jeśli embriony miały zostać wyrzucone jako odpady medyczne, dlaczego NIE pozwolić naukowcom na ich analizę? Nowa wiedza może pomóc parom zmagającym się z wczesną utratą ciąży i czymś, co wygląda na niepłodność, a także ujawnić początki niektórych wad wrodzonych.
Myślę, że można czcić i szanować ludzi prenatalnych, a także uczyć się od tych, którzy już nie żyją, pomagać tym, którzy już żyją.
Ricki Lewis ma doktorat z genetyki i jest pisarzem naukowym oraz autorem kilku książek poświęconych genetyce człowieka. Jest adiunktem w Alden March Bioethics Institute w Albany Medical College. Śledź ją na jej stronie internetowej lub Twitterze @rickilewis
