Möt de konstgjorda embryona som kallas kusliga och spektakulära

Video av växande syntetiska embryon University of Michigan, Ann Arbor | Redigerat av MIT Technology review

Stamcellerna lever bara några dagar, placerade mellan små pelare på ytan av ett mikrofluidiskt fack. Men under den tiden visar stop motion-video hur cellerna multipliceras, förändras och organiserar sig i ihåliga sfärer.

De följer sitt ultimata program – att försöka förvandlas till ett embryo. Och de gör ett häpnadsväckande bra jobb med det.

Idag forskare vid University of Michigan rapporterar att de har lärt sig att effektivt tillverka realistiska modeller av mänskliga embryon från stamceller. De tror att framsteg kommer att låta dem testa fertilitetsläkemedel och studera de tidigaste faserna av graviditeten, men det väcker också nya juridiska och etiska frågor.

De konstgjorda embryona gjordes genom att locka stamceller för att spontant bilda små bollformade strukturer som inkluderar början av en fostersäck och embryots inre celler (den del som skulle bli en persons lemmar, huvud och resten av kroppen ) även om de saknar vävnader som behövs för att göra en moderkaka.

Det är kusligt hur mycket det är som ett mänskligt embryo, säger Alfonso Martinez Arias, en genetiker vid University of Cambridge som är bekant med forskningsresultaten som publiceras i dag i tidskriften Nature. Den här är särskilt spektakulär.

För nu, säger forskare, är dessa inte riktiga embryon och saknar förmågan att förvandlas till en person. Men eftersom liknande forskning rasar framåt i Europa och Kina väcker det frågor om hur nära forskare verkligen är att syntetiskt skapa livsdugliga mänskliga embryon i sina labb.

Hittills har team kunnat locka stamceller till att rekapitulera flera viktiga tidiga delar av embryots resa, som att bilda början av nervvävnad och spermier eller äggceller och fatta tidiga beslut som vad som ska bli ett djurs huvud och vad som ska vara svansen (se 10 Breakthrough Technologies 2018: Artificiella embryon ).

De som utvecklats av Michigan-teamet, som leddes av bioingenjören Jianping Fu och biologen Deborah Gumucio, fick bara leva i fyra dagar och har inte alla celltyper som behövs för att kvalificera sig som ett verkligt koncept, eftersom det implanterande embryot är känt , och kommer sannolikt att ha andra avvikelser och begränsningar.

Men forskare tror att det inte kan dröja länge innan de kan syntetisera embryon i labbet som nästan inte går att skilja från naturligt skapade. Redan har forskningen på konstgjorda musembryon kommit så långt att forskare överför dem till kvinnliga surrogat och försöker göra levande djur, även om de inte har lyckats ännu.

Oron är att om forskare kunde göra mänskliga embryon i labbet, skulle någon kunna använda systemen för att generera genetiskt modifierade människor, ett dystopiskt scenario som liknar de centrala kläckerierna som beskrivs i romanen Modig ny värld .

I december förra året gick Martinez Arias med Fu och flera andra som skrev en ledare uppmanar tillsynsmyndigheter att tillåta vetenskaplig forskning med modellerna men införa ett lagligt förbud mot att använda dem för att försöka starta en graviditet. Vi uppmanar tillsynsmyndigheter att förbjuda användningen av stamcellsbaserade enheter för reproduktionsändamål, sa de.

Fu säger att bara någon galen skulle försöka få en person att använda ett syntetiskt embryo. Men med tanke på vetenskapens snabba framsteg ser han ett lagligt förbud som viktigt. Många forskare försöker tänja på gränser och människor korsar gränser. Om du låter forskare självreglera, så hände de genredigerade bebisarna. Jag litar inte på självreglering, säger Fu.

Här är hur de gjorde det

Det är känt att stamceller som lämnas i en maträtt spontant förvandlas till hjärtmuskel och börjar slå. Dessutom finns det blobliknande hjärnorganoider som avger elektriska vågor och mini-tarm som kan användas för att testa om droger fungerar.

Den nya forskningen går längre och efterliknar effektivt ett embryos öppningsdagar för utveckling. Enligt rapporten placerade Fus team individuella stamceller i små luckor på ett mikrofluidiskt chip och gav sedan kemiska signaler som hjälpte dem att börja dela sig och ta formen av ett embryo.

Michigan-teamet, vars preliminära resultat kom till nyheterna 2017, säger nu att de kan få stamcellerna att förvandlas till embryoliknande strukturer mer än 90 % av tiden, och att de har gjort hundratals av dem.

Det här är den nya standarden för styrbarhet, som gör den till en experimentell plattform, säger Fu. Varje kanal har många kammare, och var och en kan fånga en liten boll av pluripotenta stamceller. Kemikalier når bara ena sidan av bollen, så när och var stamcellerna stimuleras är väldigt kontrollerat.

För utvecklingsbiologer – de som studerar hur kroppar bildas – är system som modellerar det mänskliga embryot anledning till stor spänning. Fu säger att team i Japan och Storbritannien redan använder mikroflödesanordningen från Michigan för att undersöka hur vissa celler i embryot blir utpekade som framtida spermier eller äggceller. Om de kan fastställa det, kan det leda till sätt att göra reproduktionsceller för människor som saknar dem.

Finansieringsförvirring

Den snabba utvecklingen av embryomodeller utgör en utmaning för National Institutes of Health, som inte är säker på att de kan finansiera denna typ av forskning på grund av en lag som förbjuder den att betala för experiment som involverar mänskliga embryon. Den lagen, Dickey-Wicker Amendment, är skriven för att säga att alla mänskliga organismer gjorda av celler skulle räknas som ett embryo.

Eftersom det inte är uppenbart vad som kvalificeras som en organism – den termen betyder en livsform, men inte definieras i lagen – har myndigheten börjat skicka anslagsansökningar från forskare som Fu till en särskild styrkommitté för forskning om mänskliga embryon bemannad av myndighetens tjänstemän som kommer att avgöra om de skulle bryta mot lagen.

Vi har ingen finansieringspolicy, men vi måste bedöma varje bidrag som väcker oro, säger Carrie Wolinetz, biträdande chef för vetenskapspolitik vid NIH. De kan säga att [detta] utgör en för stor juridisk risk. Hon håller med om att frågan är om embryoliknande enheter som de Fu skapar kan utgöra en organism eller inte, och tillägger att detta är ett mycket snabbt utvecklande forsknings- och vetenskapsområde och vi vill förstå det.

För att göra det deltar NIH i en en dags workshop , planerad för tidigt nästa år på National Academies, i Washington. Workshopens mål inkluderar att försöka identifiera skillnader mellan däggdjurs embryomodellsystem och bona fide däggdjurs embryon. International Society for Stem Cell Research, en vetenskaplig organisation som representerar stamcellsbiologer, säger också att de kommer att ta itu med laboratoriemodellerna när de reviderar sina riktlinjer för forskare.

Politiken kan inte hänga med

Finansieringsförvirringen, säger forskare, har förvärrats av senaste federala policyändringar som begränsar pengar till forskning som involverar aborter. I juni, Department of Health and Human Services sa att det skulle ta slut all statlig forskning som använder fostervävnad från elektiva avslutningar. Det kan fortfarande finansiera akademiska forskare, men bara efter en involverad etikgranskning.

Som en del av nedtryckningen, som mest tillskrivs abortpolitik, sa HHS att det skulle arbeta för att se till att alternativ till fostervävnad finansieras och påskyndas och indikerade att det skulle prioritera modeller som efterliknar embryon. Men när en filial av NIH utfärdade inbjudningar att ansöka om pengar för att utveckla fostervävnadsalternativ i år uteslöt värvningen specifikt mänskliga embryomodellsystem gjorda av stamceller.

Forskare säger att sådana motsägelser visar att finansieringen påverkas av politiken. Det är bisarrt - hjärnorganoider är bra, men vagt embryonmaterial är det inte, sa en forskare, som ville tala off the record eftersom han har väntande anslag.

Denna vecka, i en separat rapport , beskrev ett team vid Rockefeller University hur de efterliknade grupper av celler vars organisation liknar den tidiga bildandet av hjärnan, nervsystemet och huden hos ett månad gammalt embryo. I det skedet är ett mänskligt embryo en liten räkaliknande struktur med små lemknoppar.

Rockefeller-forskarna, ledda av Eric Siggia och Ali Brivanlou, kallar deras strukturer neuruloider. De säger att på grund av svårigheten att erhålla eller studera faktiska mänskliga embryon i detta tidiga skede, bedömer de att deras teknologi är den enda praktiska lösningen. De har bildat ett nystartat företag, Rumi Scientific, som planerar att screena läkemedel på neuroloider för tillstånd som Huntingtons sjukdom.

Siggia kallar regeringens skiftande positioner ett tecken på dess nuvarande tillstånd av förvirring när den försöker ta reda på vad som är ett embryo och vad som inte är det. Men han säger att hans forskning är opåverkad: Vi bromsas inte av något av detta. Vi använder bara privata medel.

Dölj