Møt de kunstige embryoene som kalles uhyggelige og spektakulære

Video av voksende syntetiske embryoer University of Michigan, Ann Arbor | Redigert av MIT Technology review

Stamcellene lever bare noen få dager, plassert mellom små søyler på overflaten av et mikrofluidrom. Likevel i løpet av den tiden viser stop motion-video at cellene multipliserer, endrer seg og organiserer seg i hule kuler.

De følger sitt ultimate program – å prøve å bli til et embryo. Og de gjør en oppsiktsvekkende god jobb med det.

I dag, forskere ved University of Michigan rapporterer at de har lært å effektivt produsere realistiske modeller av menneskelige embryoer fra stamceller. De tror fremskrittet vil la dem teste fruktbarhetsmedisiner og studere de tidligste fasene av svangerskapet, men det reiser også nye juridiske og etiske spørsmål.

De kunstige embryoene ble laget ved å lokke stamceller til spontant å danne små kuleformede strukturer som inkluderer begynnelsen av en fostersekk og de indre cellene i embryoet (den delen som ville bli en persons lemmer, hode og resten av kroppen). ) selv om de mangler vev som trengs for å lage en morkake.

Det er utrolig hvor mye det er som et menneskelig embryo, sier Alfonso Martinez Arias, en genetiker ved University of Cambridge som er kjent med forskningsfunnene, publisert i dag i tidsskriftet Nature. Denne er spesielt spektakulær.

Foreløpig, sier forskere, er dette ikke ekte embryoer og mangler kapasitet til å bli en person. Men ettersom lignende forskning raser frem i Europa og Kina, reiser det spørsmål om hvor nære forskere egentlig er til å syntetisk lage levedyktige menneskelige embryoer i laboratoriene deres.

Så langt har team vært i stand til å lokke stamceller til å rekapitulere flere viktige tidlige deler av embryoets reise, for eksempel å danne begynnelsen av nervevev og sædceller eller eggceller og ta tidlige beslutninger som hva som skal bli et dyrs hode og hva som skal være halen (se 10 Breakthrough Technologies 2018: Artificial Embryos ).

De som ble utviklet av Michigan-teamet, som ble ledet av bioingeniør Jianping Fu og biolog Deborah Gumucio, fikk bare leve i fire dager og har ikke alle celletypene som trengs for å kvalifisere som et ekte konsept, ettersom det implanterende embryoet er kjent. , og vil sannsynligvis ha andre abnormiteter og begrensninger.

Men forskere tror at det kanskje ikke er lenge før de kan syntetisere embryoer i laboratoriet som nesten ikke kan skilles fra naturlig skapte. Allerede har forskning på kunstige museembryoer utviklet seg til et punkt hvor forskere overfører dem til kvinnelige surrogater og prøver å lage levende dyr, selv om de ikke har lyktes ennå.

Bekymringen er at hvis forskere kunne lage menneskelige embryoer i laboratoriet, kan noen bruke systemene til å generere genmodifiserte mennesker, et dystopisk scenario som ligner på de sentrale klekkeriene beskrevet i romanen. Vidunderlige nye verden .

I desember i fjor ble Martinez Arias med Fu og flere andre som skrev en lederartikkel oppfordrer regulatorer til å tillate vitenskapelig forskning med modellene, men vedta et juridisk forbud mot å bruke dem for å prøve å starte en graviditet. Vi oppfordrer regulatorer til å forby bruken av stamcellebaserte enheter for reproduktive formål, sa de.

Fu sier at bare noen gale ville prøve å lage en person ved å bruke et syntetisk embryo. Men gitt vitenskapens raske fremskritt, ser han et juridisk forbud som viktig. Mange forskere prøver å flytte grenser, og folk krysser linjer. Hvis du lar forskere selvregulere, er det slik de genredigerte babyene skjedde. Jeg stoler ikke på selvregulering, sier Fu.

Her er hvordan de gjorde det

Det er kjent at stamceller som er igjen i en tallerken spontant vil bli til hjertemuskel og begynne å slå. I tillegg er det bloblignende hjerneorganoider som sender ut elektriske bølger, og mini-guts som kan brukes til å teste om medikamenter virker.

Den nye forskningen går videre, og etterligner effektivt et embryos åpningsdager for utvikling. I følge rapporten plasserte Fus team individuelle stamceller i bittesmå spor på en mikrofluidisk brikke, og ga deretter kjemiske signaler som hjalp dem å begynne å dele seg og ta form av et embryo.

Michigan-teamet, hvis foreløpige resultater kom til nyhetene i 2017, sier nå at de kan få stamcellene til å bli til embryoliknende strukturer mer enn 90 % av tiden, og at de har laget hundrevis av dem.

Dette er den nye standarden for kontrollerbarhet, som gjør den til en eksperimentell plattform, sier Fu. Hver kanal har mange kammer, og hver kan fange en liten ball med pluripotente stamceller. Kjemikalier når bare den ene siden av ballen, så når og hvor stamcellene stimuleres er veldig kontrollert.

For utviklingsbiologer - de som studerer hvordan kropper dannes - er systemer som modellerer det menneskelige embryoet grunn til stor spenning. Fu sier at team i Japan og Storbritannia allerede bruker mikrofluidenheten i Michigan for å undersøke hvordan visse celler i embryoet blir utpekt som fremtidige sædceller eller eggceller. Hvis de kan fastslå det, kan det føre til måter å lage reproduktive celler for folk som mangler dem.

Finansieringsforvirring

Den raske utviklingen av embryomodeller utgjør en utfordring for National Institutes of Health, som ikke er sikker på at de kan finansiere denne typen forskning på grunn av en lov som forbyr det å betale for eksperimenter som involverer menneskelige embryoer. Den loven, Dickey-Wicker-tillegget, er skrevet for å si at enhver menneskelig organisme laget av celler vil telle som et embryo.

Fordi det ikke er åpenbart hva som kvalifiserer som en organisme – det begrepet betyr en livsform, men ikke er definert i loven – har byrået begynt å sende søknader fra forskere som Fu til en spesiell styringskomité for forskning på menneskelige embryoer bemannet av byråets tjenestemenn som vil avgjøre om de vil bryte loven.

Vi har ingen finansieringspolicy, men vi må vurdere hvert tilskudd som vekker bekymring, sier Carrie Wolinetz, assisterende direktør for vitenskapspolitikk ved NIH. De kan si [dette] utgjør en for stor juridisk risiko. Hun er enig i at spørsmålet er om embryolignende enheter som de Fu skaper kan utgjøre en organisme eller ikke, og legger til at dette er et område av forskning og vitenskap i veldig raskt utvikling, og vi ønsker å forstå det.

For å gjøre det, deltar NIH i en en dags verksted , planlagt tidlig neste år ved National Academies, i Washington. Workshopens mål inkluderer å prøve å identifisere forskjeller mellom pattedyrembryomodellsystemer og bona fide pattedyrembryoer. I tillegg sier International Society for Stem Cell Research, en vitenskapelig organisasjon som representerer stamcellebiologer, at den vil ta for seg laboratoriemodellene når den reviderer retningslinjene for forskere.

Politikken kan ikke henge med

Finansieringsforvirringen, sier forskere, har blitt forsterket av nylige føderale politiske endringer som begrenser penger til forskning som involverer aborter. I juni, Institutt for helse og menneskelige tjenester sa det ville ta slutt all statlig forskning som bruker fostervev fra elektive avslutninger. Det kan fortsatt finansiere akademiske forskere, men bare etter en involvert etikkgjennomgang.

Som en del av nedbrytningen, som mest tilskrev abortpolitikk, sa HHS at det ville jobbe for å sikre at alternativer til fostervev blir finansiert og akselerert, og indikerte at det ville prioritere modeller som etterligner embryoer. Men når en filial av NIH utstedte invitasjoner til å søke penger for å utvikle fostervevsalternativer i år ekskluderte oppfordringen spesifikt menneskelige embryomodellsystemer laget av stamceller.

Forskere sier at slike motsetninger viser at finansiering påvirkes av politikk. Det er bisarrt – hjerneorganoider er fine, men vagt embryostoff er det ikke, sa en forsker, som ønsket å snakke off the record fordi han har ventende tilskudd.

Denne uken, i en egen rapport , beskrev et team ved Rockefeller University hvordan de etterlignet grupper av celler hvis organisering ligner den tidlige dannelsen av hjernen, nervesystemet og huden til et måned gammelt embryo. På det stadiet er et menneskelig embryo en liten reke-lignende struktur med små lemknopper.

Rockefeller-forskerne, ledet av Eric Siggia og Ali Brivanlou, kaller strukturene deres nevruloider. De sier at på grunn av vanskelighetene med å skaffe eller studere faktiske menneskelige embryoer på dette tidlige stadiet, vurderer de teknologien deres som den eneste praktiske løsningen. De har dannet et oppstartsselskap, Rumi Scientific, som planlegger å screene medisiner på nevroloidene for tilstander som Huntingtons sykdom.

Siggia kaller regjeringens skiftende posisjoner et tegn på den nåværende tilstanden av forvirring når den prøver å finne ut hva som er et embryo og hva som ikke er det. Men han sier at forskningen hans er upåvirket: Vi blir ikke bremset av noe av dette. Vi bruker bare private midler.

gjemme seg