موفقیت شگفت‌انگیز دانشمندان در زمینه بارداری مصنوعی

براساس مطالعه‌ای که به‌تازگی در مجله‌ی Cell Stem Cell منتشر شده است، بلاستوئیدهای مشتق‌شده از سلول‌های بنیادی می‌توانند به پژوهشگران کمک کنند تا بدون معضلات اخلاقیِ استفاده از سلول‌های رویانی واقعی، رشد رویان انسان را مطالعه کنند. نائومی موریس، متخصص زیست‌شناسی رشد از مؤسسه فرانسیس کریک در لندن به وب‌سایت نیچر می‌گوید: «این کار پتانسیل شگفت‌انگیز مدل‌های رویان مبتنی‌بر سلول‌های بنیادی را به‌عنوان ابزاری برای مطالعه مراحل رویانی که معمولاً دسترسی به آن‌ها در بدن دشوار است، برجسته می‌کند.»

پژوهشگران قبلاً در آزمایشگاه بلاستوئیدها را تولید کرده‌اند (توپ‌هایی از سلول‌ها که شبیه بلاستوسیست‌ها هستند، یعنی خوشه‌هایی از سلول‌های درحال تقسیم که حدود پنج تا شش روز پس از باروری تشکیل می‌شوند). برای مثال، در مارس ۲۰۲۱ تیمی به سرپرستی لیچیان یو، زیست‌شناس مرکز پزشکی جنوب غربی دانشگاه تگزاس، بلاستوئیدهایی را از سلول‌های بنیادی انسانی تولید کردند و آن‌ها را به مدت ده روز در ظرف آزمایشگاه رشد دادند.

جن لیو، زیست‌شناس مؤسسه علوم اعصاب آکادمی علوم چین در شانگهای و همکارانش از میمون‌های ﺳﯿﻨﻮﻣﻮﻟﮕﻮس (مکاک دم‌دراز یا مکاک خرچنگ‌خوار با نام علمی Macaca fascicularis) استفاده کردند. میمون‌های ﺳﯿﻨﻮﻣﻮﻟﮕﻮس معمولاً به‌عنوان حیوانات آزمایشگاهی استفاده می‌شوند، زیرا دارای شباهت‌های زیستی با انسان هستند.

پژوهشگران در محیط کشت سلولی، سلول‌های بنیادی رویانی میمون را درمعرض عوامل رشد مختلف قرار دادند تا به انواع سلول‌های موجود در بلاستوسیست‌های طبیعی تمایز پیدا کنند.

پس از حدود یک هفته، سلول‌های بنیادی ساختار کروی خاص بلاستوسیست را تشکیل دادند و به سه تبار سلولی تمایز پیدا کردند که زیربنای تشکیل بافت‌ها و اندام‌ها هستند. نویسندگان می‌گویند: «این نتیجه حتی در مطالعات کشت برون‌تنی طولانی‌مدت بلاستوسیست‌های طبیعی میمون به دست نیامده بود.»

وقتی پژوهشگران با استفاده از تعیین‌ توالی RNA تک‌سلولی حدود ۶ هزار سلول‌ انفرادی را بررسی کردند، ویژگی‌های ژنتیکی مشابه با ویژگی‌های ژنتیکی بلاستوسیست‌های طبیعی را پیدا کردند. برخی از سلول‌ها ژن‌های مرتبط با اندودرم را بیان می‌کردند (اندودرم داخلی‌ترین لایه است که درنهایت پوشش مجاری تنفسی و گوارشی را تشکیل می‌دهد)، درحالی‌که سلول‌های دیگر غنی از ژن‌هایی بودند که در ایجاد جفت نقش دارند. اما بلاستوئیدها بازتاب کاملی از بلاستوسیست‌های طبیعی نبودند (برخی از سلول‌ها قابل دسته‌بندی نبودند و برخی به اندازه انتظار پروتئین بیان نمی‌کردند).

در روز ۱۵، پژوهشگران می‌توانستند چیزی شبیه طرح کلی کیسه زرده و آمنیون را ببینند. کیسه زرده تغذیه پیش از تشکیل جفت را فراهم می‌کند و آمنیون غشای خارجی است که اطراف رویان در حال رشد را احاطه می‌کند.

از ۴۱ بلاستوئید، ۵ مورد همچنین ویژگی‌هایی را توسعه دادند که شبیه شیار آغازین بود. شیار آغازین ساختاری است که نشانگر آغاز بازآرایی سلول‌ها برای تشکیل طرح بدن ازجمله پیکربندی چپ و راست و بالا و پایین است.

لیو و تیمش سپس با استفاده از جراحی لاپاراسکوپی، بلاستوئیدها را به رحم هشت میمون ﺳﯿﻨﻮﻣﻮﻟﮕﻮس منتقل کردند. به مدت هفت تا ده روز پس از کاشت، سه میمون دارای کیسه‌های حاملگی بودند. کیسه‌های حاملگی حفره‌های پر از مایع و اولین ویژگی‌هایی هستند که در دوران بارداری به‌وسیله‌ی سونوگرافی مشاهده می‌شود. لانه‌گزینی همچنین موجب ترشح هورمون‌های بارداری پروژسترون و گنادوتروپین جفتی شد. اما همه‌ی این‌ها عمر کوتاهی داشتند و بلاستوئیدها و علائم بارداری پس از ۲۰ روز ناپدید شدند. 

بلاستوئید ایجادشده از سلول‌های بنیادی میمون ﺳـﯿﻨﻮﻣﻮﻟﮕﻮس. این بلاستوئید شبیه مراحل ابتدایی رویان است و وقتی در رحم میمون کاشته شد، موجب تغییراتی شبیه بارداری شد.

آلفونسو مارتینز آریاس، زیست‌شناس دانشگاه پمپئو فابرا در اسپانیا می‌گوید اگرچه این ساختارهای رویان‌مانند طراحی نشده بودند تا به جنین‌های کامل تبدیل شوند، عدم ماندگاری آن‌ها درون بدن نشان می‌دهد رشد رویان به چیزی بیشتر از سلول‌ها، ساختار و بیان ژن مناسب وابسته است.

الکساندرا هاروی، زیست‌شناس دانشگاه ملبورن استرالیا می‌گوید مدل‌های رویان که در رحم تخریب می‌شوند، می‌توانند بینش‌هایی را درباره‌ی عواملی که پس از درمان‌های باروری درون آزمایشگاهی، به سقط جنین و شکست لانه‌گزینی منجر می‌شوند، ارائه دهند. او می‌گوید: «اگر این مدل‌ها واقعاً در این مرحله شکست می‌خورند، باید بررسی کنیم تا متوجه شویم چه نشانگرهایی دیگری را باید در مراحل اولیه جست‌وجو کنیم.»

موریس می‌گوید مدل‌های رویان مبتنی‌بر سلول‌های بنیادی همچنین می‌توانند برای تفکیک ریشه‌های رویان‌زایی مفید باشند. او می‌گوید با دستکاری بیان ژن یا تغییر مسیرهای پیام‌رسانی در بلاستوئیدها، می‌توان بررسی کرد که کدام ویژگی‌ها برای رشد رویان ضروری هستند.

موریس می‌افزاید مدل‌های رویان ساخته‌شده در آزمایشگاه همچنین می‌توانند در آزمایش‌هایی استفاده شوند که به نمونه‌های بزرگ نیاز دارند (مانند نمونه‌های مورد استفاده در پروتئومیکس)، زیرا می‌توانند به تعداد زیادی تولید شوند.

البته همان‌طور که مدل‌های رویان پیچیده‌تر می‌شود، چارچوب‌های نظارتی و تنظیمی نیز باید به همراه بحث درمورد نحوه استفاده از آن‌ها به‌طور همزمان پیشرفت کند. لیو و همکارانش قصد دارند روش‌های خود برای تولید بلاستوئید میمون را بهبود دهند تا به مدت بیشتری در رحم بماند و رشد کند.