Embrion, czyli zarodek, to jeden z podstawowych terminów w naukach biologicznych. Większość zapewne zetknęła się z tym pojęciem po raz pierwszy w szkole podstawowej, choć jego znaczenie ma fundamentalny wymiar, także filozoficzny. Wszak wszyscy kiedyś zaczynaliśmy od zarodka – tego etapu w rozwoju nie da się pominąć ani przegapić.
Czytaj też: Sztuczne macice na horyzoncie. Pomysł rodem z filmów SF i nadzieja dla wcześniaków
Wykorzystując możliwości inżynierii tkankowej i narzędzi do edycji genów, naukowcy są w stanie tworzyć w warunkach laboratoryjnych struktury przypominające ludzkie i zwierzęce embriony. Pytanie “jak to robić” jest równie ciekawe, co “dlaczego”, chociaż potencjalne możliwości terapeutyczne są trudne do pominięcia. Niedawno uczeni z Weizmann Institute pod kierunkiem prof. Jacoba Hanny wyhodowali syntetyczny model embrionu bez użycia plemnika i komórki jajowej, który rozwijał się poza macicą przez 14 dni. Bez takich badań postęp w medycynie nie byłby możliwy.
Badania zespołu prof. Hanny wskrzesiły pytania dotyczące tego, czym właściwie jest embrion od strony prawnej? Czy powinno się tak nazywać każdą konkretną strukturę komórkową w rozwoju zarodkowym, czy definicję powinniśmy przebudować? To kwestia, którą należy poruszyć, bo w kolejnych latach będziemy obserwować coraz więcej podobnych badań, a media nastawione na tanią sensację mogą przeinaczać ich znaczenie, umniejszając wartość naukową tych często przełomowych osiągnięć.
Czym jest embrion?
W Stanach Zjednoczonych, które są wyznacznikiem dla większości innych krajów na świecie (także Unii Europejskiej, a więc i Polski), zabronione jest federalne finansowanie eksperymentów na ludzkich zarodkach. Poprawka z 1996 r. definiuje embrion ludzki jako organizm powstały w wyniku zapłodnienia, klonowania, partenogenezy lub w jakikolwiek inny sposób, jednej lub więcej płci komórki lub komórek diploidalnych, zawierających pełny zestaw chromosomów.
Czytaj też: Ludzkie nerki w świńskich zarodkach? Oto przyszłość transplantologii, na którą czekały miliony
Definicja ta nie obejmuje “modeli embrionów” lub tzw. syntetycznych embrionów, które są wytwarzane w warunkach laboratoryjnych z komórek macierzystych. To prawna szara strefa, której większość naukowców jednak nie eksploruje.
Artykuł opublikowany w czasopiśmie Cell wskazuje, że embrion powinien być definiowany nie na podstawie tego, czym jest, ale czym może się stać. To by oznaczało, że embrion powinien być opisywany jako “grupa komórek ludzkich wspieranych przez elementy spełniające funkcje pozazarodkowe i maciczne, które łącznie mają potencjał do uformowania płodu”. Takie podejście by oznaczało, że modele embrionów stworzone w warunkach laboratoryjnych, które miałyby potencjał, by przekształcić się w płody, podlegałyby ochronie jak zarodki wykorzystywane choćby w klinikach płodności do zapłodnień in vitro. Konieczne byłoby jednak określenie tzw. punktów krytycznych, po spełnieniu których model zarodka staje się pełnoprawnym embrionem.
Ustalenie nowej definicji embrionu jest szalenie ważne, gdyż technologie umożliwiające dalsze rozwijanie się tych samoorganizujących struktur zarodkowych będą dostępne w ciągu dekady. To z kolei oznacza, że – z pewnymi ograniczeniami – możliwy będzie całkowity rozwój organizmu (być może nawet człowieka) od A do Z poza organizmem matki, od zygoty po płód gotowy do przyjścia na świat.
Po co tworzyć sztuczne embriony?
Sztuczne embriony tworzy się z dorosłych komórek, które zostały cofnięte w rozwoju do bardziej podstawowego stadium – tzw. pluripotencjalnych komórkach macierzystych (iPSC), które mogą różnicować się w wiele typów komórek (ale nie wszystkie). W kontrolowanych warunkach uczonym udaje się “nakłonić” te iPSC do samoorganizacji w grudki tkanki przypominające różne etapy wczesnego rozwoju embrionalnego. Bez zapłodnienia, bez komórek płciowych, czysty biologiczny reset. Niektórzy mogliby powiedzieć, że skoro powstały organizm nie ma genów odziedziczonych po rodzicach, to nie powinno się go określać mianem organizmu potomnego, ale biolodzy nie zgadzają się z takim uproszczeniem.
Czytaj też: Chłodny sen o nieśmiertelności. Krionika oferuje nadzieję, ale nic więcej
Ale w przypadku sztucznych embrionów wątpliwe jest nawet użycie terminu “organizm”. Od strony biologicznej mówimy tu o tzw. organoidach embrionalnych (embrioidach) – najczęściej są to blastoidy, czyli struktury tkankowe, które replikują jeden z najwcześniejszych etapów zarodka – blastocystę powstającą ok. 5 dni po zapłodnieniu. Bardziej złożone modele, zwane gastruloidami, odwzorowują gastrulację, gdy zarodek przechodzi ok. 2 tygodnie po zapłodnieniu. I tu docieramy do kluczowego punktu.
Teoretycznie gastruloidy można hodować w warunkach laboratoryjnych przez 14 dni, ale w praktyce tak nie jest ze względu na “zasadę 14 dni” przestrzeganą przez prawo w większości krajów. Mówi ono o tym, że wszelkie eksperymenty (bez uzasadnionego wyjątku) na ludzkich embrionach należy zatrzymać, gdy osiągną one wiek dwóch tygodni. Coraz częściej pojawiają się głosy mówiące, że regułę tę należy złagodzić, aby umożliwić dłuższą hodowlę modeli zarodków.
Pytanie: czy gra jest warta świeczki? Modele takie mogłyby zapewnić szczegółowy wgląd w pierwsze 30 dni rozwoju zarodkowego, umożliwiając naukowcom poprawę skuteczności metod leczenia niepłodności (jak zapłodnienie in vitro), a także odkrycie przyczyny wczesnych poronień. Takie badania pozwoliłyby ujawnić, jak rozwój w macicy wpływa na zdrowie w wieku dorosłym, np. jak przekłada się na ryzyko rozwoju cukrzycy czy chorób krążenia. Szczegółowe monitorowanie kondycji płodów na kobietach w ciąży jest technicznie niemożliwe, a zarazem nieetyczne, więc jedynym oknem wydają się być modele zarodków. Tylko, czy gdy naukowcy dostaliby pozwolenie na wspomniane “krytyczne 30 dni rozwoju zarodkowego”, nie zapragnęliby więcej?
Definicja do poprawki
Definicje embrionów spotykane w podręcznikach do biologii od lat obejmowały komórki jajowe i plemniki. Do niedawna nie mieliśmy pojęcia, że zarodki można otrzymywać w inny sposób, który wcale nie wymaga angażu samca i samicy, ani nawet ich komórek płciowych. Komórki macierzyste dają nieograniczone możliwości pod kątem bioinżynierii, a dopiero teraz zaczynamy rozumieć ich “instrukcję obsługi”.
W miarę jak embrioidy stają sie coraz bardziej podobne do prawdziwych embrionów, naukowcy zdają sobie sprawę, że w ciągu najbliższych dekad, różne granice etyczne mogą zostać poluzowane. Być może nie do tego stopnia, by pozwolić na obserwację kompletnego rozwoju zarodkowego poza organizmem matki, ale czegoś znacznie bardziej “praktycznego”. Jeżeli dobrze zrozumiemy newralgiczne punkty rozwoju zarodkowego, będziemy mogli wykorzystać przyszłe modele embrionów jako źródło organów do przeszczepów lub chociaż pojedynczych tkanek wykorzystywanych w medycynie regeneracyjnej.
Nie wiemy jednak, kiedy model embrionu faktycznie “stanie się” embrionem, dlatego stworzenie nowej definicji tych struktur komórkowych wydaje się bardziej niż potrzebne. Konieczne jest ponowne wyznaczenie punktów krytycznych i linii, której nie powinniśmy przekraczać. Naukowcy mówią zgodnym głosem, że tworzenie modeli ludzkich embrionów powinno następować stopniowo i być szczegółowo kontrolowane. Sztuczne zarodki mogą zaoferować społeczeństwu liczne korzyści, ale i zgubę.