آیا جنین های مصنوعی وارد دوران اندام های مصنوعی می شوند؟   

دانشمندان روند طبیعی رشد جنین پستانداران را در آزمایشگاه تا نقطه رشد مغز و قلب تکرار کرده اند. محققان با استفاده از سلول های بنیادی، جنین های مصنوعی موش را در خارج از رحم ایجاد کردند که روند طبیعی رشد را در رحم تا روز 8.5 خلاصه می کند. این یک نقطه عطف در زیست شناسی مصنوعی است. در آینده، این مطالعه روی جنین های مصنوعی انسان را هدایت خواهد کرد که به نوبه خود میتوانست آغازگر توسعه و تولید مواد مصنوعی اندامها برای بیمارانی که در انتظار پیوند هستند. 

جنین معمولاً به عنوان یک مرحله رشد میانی در پدیده طبیعی متوالی تولید مثل شناخته می شود که با برخورد اسپرم با تخمک برای تشکیل یک زیگوت آغاز می شود که تقسیم می شود و تبدیل به یک تخمک می شود. جنینو متعاقباً پس از اتمام حاملگی به جنین و نوزاد تبدیل می شود.  

پیشرفت در سلول جنینی انتقال هسته ای نمونه ای از رد شدن مرحله لقاح تخمک توسط اسپرم را دیدم. در سال 1984، جنینی از یک تخمک ایجاد شد که در آن هسته هاپلوئید اصلی آن برداشته شد و با هسته یک سلول جنینی دهنده که با موفقیت در یک جانشین رشد کرد و اولین بچه گوسفند شبیه سازی شده را به دنیا آورد، جایگزین شد. گوسفند دالی با تکمیل انتقال هسته ای سلول های سوماتیک (SCNT)، در سال 1996 از یک سلول بالغ بالغ ساخته شد. این اولین مورد شبیه سازی یک پستاندار از یک سلول بالغ بود. مورد دالی همچنین امکان توسعه سلول های بنیادی شخصی سازی شده را فراهم کرد. در هر دو مورد، از اسپرم استفاده نشد، اما این تخمک (با هسته جایگزین شده) بود که رشد کرد تا به جنین تبدیل شود. بنابراین، به این ترتیب، این جنین ها هنوز طبیعی بودند.  

آیا می توان بدون دخالت حتی یک تخمک جنین ایجاد کرد؟ اگر چنین باشد، چنین جنین هایی تا حدی مصنوعی خواهند بود که از گامت (سلول های جنسی) استفاده نمی شود. این روزها، چنین جنین هایی (یا جنین مانند یا جنین) به طور معمول با استفاده از سلول های بنیادی جنینی (ESC) ایجاد و کشت می شوند. در شرایط in vitro در آزمایشگاه.  

در بین پستانداران، موش ها یک دوره نسبتا کوتاه (19 تا 21 روز) برای تولید مثل می کنند که جنین موش را به یک مدل مطالعه مناسب تبدیل می کند. از کل، دوره قبل از کاشت حدود 4-5 روز است و مابقی 15 روز (حدود 75 درصد کل) پس از کاشت است. برای رشد پس از لانه گزینی، جنین باید در داخل رحم کاشته شود که آن را برای مشاهده بیرونی غیر قابل دسترس می کند. این وابستگی به رحم مادر مانعی را در بررسی ایجاد می کند.    

سال 2017 در تاریخ کشت جنین پستانداران بسیار مهم بود. زمانی که محققان به وضوح نشان دادند که سلول های بنیادی جنینی توانایی خودآرایی و خودسازماندهی را دارند، تلاش ها برای ایجاد جنین های مصنوعی موش پر شد. در شرایط in vitro برای ایجاد ساختارهای جنین مانند که از جنبه های مهمی شبیه جنین طبیعی هستند^1,2. با این حال، محدودیت هایی ناشی از آن وجود داشت رحم موانع کشت جنین قبل از لانه گزینی امری عادی است در شرایط in vitro اما هیچ پلت فرم قوی برای کشت خارج رحمی جنین موش پس از لانه گزینی (از مراحل استوانه تخم مرغ تا ارگانوژنز پیشرفته) در دسترس نبود. سال گذشته در سال 2021، زمانی که یک تیم تحقیقاتی یک پلت فرم کشت را ارائه کردند که برای رشد جنین موش در خارج از رحم مادر پس از لانه گزینی موثر بود، پیشرفتی برای رسیدگی به این موضوع اتفاق افتاد. جنینی که در خارج از رحم روی این پلتفرم رشد کرده بود، مشخص شد که دقیقاً i را خلاصه می کندn رحم توسعه³. این پیشرفت بر موانع رحم غلبه کرد و محققان را قادر ساخت تا مورفوژنز پس از لانه گزینی را بهتر درک کنند و در نتیجه به پروژه جنین مصنوعی کمک کرد تا به مرحله پیشرفته برسد. 

در حال حاضر، دو گروه تحقیقاتی رشد جنین مصنوعی موش را به مدت 8.5 روز گزارش کرده اند که طولانی ترین تا کنون بوده است. این مدت برای مشخص شدن کافی بود اندامها (مانند ضربان قلب، لوله روده، چین عصبی و غیره) ایجاد شده است. این پیشرفت اخیر واقعاً قابل توجه است.  

همانطور که در Cell در 1 آگوست 2022 گزارش شد، تیم تحقیقاتی تنها با استفاده از سلول های بنیادی جنینی ساده (ESC) خارج از رحم مادر، جنین های مصنوعی موش تولید کردند. آنها سلول های بنیادی را با هم جمع کردند و آنها را با استفاده از بستر کشت اخیراً توسعه یافته برای مدت طولانی پردازش کردند خارج رحمی رشد برای به دست آوردن جنین کامل مصنوعی پس از گاسترولاسیون با هر دو بخش جنینی و خارج جنینی. جنین مصنوعی به طور رضایت بخشی به نقاط عطف برای مرحله 8.5 روزه جنین موش دست یافت. این مطالعه توانایی سلول‌های پرتوان ساده برای خودآرایی و خودسازماندهی و مدل‌سازی کل جنین پستانداران را فراتر از گاسترولاسیون نشان می‌دهد.⁴. 

در جدیدترین مطالعه منتشر شده در Nature در 25 آگوست 2022، محققان از سلول های بنیادی خارج جنینی نیز برای گسترش پتانسیل رشد سلول های بنیادی جنینی (ESC) استفاده کردند. آنها جنین های مصنوعی را در شرایط آزمایشگاهی با استفاده از سلول های ESC، TSC و iXEN موش جمع آوری کردند که رشد طبیعی کل جنین موش در رحم را تا روز 8.5 خلاصه می کرد. این جنین مصنوعی دارای نواحی پیش‌مغز و مغز میانی، ساختاری شبیه قلب تپنده، تنه‌ای متشکل از یک لوله عصبی، یک جوانه دم حاوی اجداد نورومودرمی، یک لوله روده و سلول‌های زایای اولیه بود. همه چیز در یک کیسه خارج جنینی بود⁵. بنابراین، در این مطالعه، ارگان‌زایی در مقایسه با مطالعه گزارش‌شده در Cell در 1 آگوست 2022 پیشرفته‌تر و قابل توجه‌تر بود. شاید استفاده از دو نوع سلول بنیادی خارج از جنین، پتانسیل رشد سلول‌های بنیادی جنینی را در این مطالعه افزایش داد. جالب توجه است که در مطالعه قبلی فقط از سلول های بنیادی جنینی ساده (ESCs) استفاده شد.  

این دستاوردها واقعاً قابل توجه هستند زیرا این دورترین نقطه تا کنون در مطالعات روی جنین های مصنوعی پستانداران است. توانایی ایجاد مغز پستانداران هدف اصلی زیست شناسی مصنوعی بوده است. بازآفرینی روند طبیعی رشد جنین پس از لانه گزینی در آزمایشگاه بر سد رحم غلبه می کند و این امکان را برای محققان فراهم می کند تا مراحل اولیه زندگی را که به طور معمول در رحم پنهان است، مطالعه کنند.  

علیرغم مسائل اخلاقی، دستاوردها در مطالعات روی جنین مصنوعی موش، مطالعات روی جنین مصنوعی انسان را در آینده نزدیک هدایت می کند که می تواند باعث توسعه و تولید اندام های مصنوعی برای بیمارانی شود که در انتظار پیوند هستند.  

*** 

منابع:  

1. هریسون اس ای و همکاران 2017. مونتاژ سلول های بنیادی جنینی و خارج جنینی برای تقلید جنین زایی در شرایط آزمایشگاهی. علوم پایه. 2 Mar 2017. Vol 356, Issue 6334. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aal1810  

2. Warmflash A. 2017. جنین مصنوعی: ویندوز در توسعه پستانداران. سلول بنیادی سلولی. دوره 20، شماره 5، 4 اردیبهشت 2017، صفحات 581-582. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2017.04.001   

3. آگیلرا-کاسترخون، آ.، و همکاران 2021. جنین زایی خارج رحمی موش از قبل از گاسترولاسیون تا اندامزایی اواخر. طبیعت 593، 119-124. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03416-3  

4. ترازی س. و همکاران 2022. جنین های مصنوعی پس از گاسترولاسیون در خارج از رحم از ESC های ساده موش تولید شدند. سلول. تاریخ انتشار: 01 اوت 2022. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.028 

5. آمدی، جی. و همکاران 2022. جنین های مصنوعی گاسترولاسیون کامل به نورولاسیون و اندام زایی. تاریخ انتشار: 25 آگوست 2022. طبیعت. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05246-3 

***