Artykuł w wersji audio
Najważniejszy problem udało się właśnie pokonać – naukowcy obserwowali rozwój zarodka ludzkiego w laboratorium przez 13 pierwszych dni jego życia. Obserwacji dokonały równolegle dwa międzynarodowe zespoły badawcze. Jeden z Cambridge University w Wielkiej Brytanii, drugi z Rockefeller University z Nowego Jorku w USA. Badania te były możliwe dzięki nowoczesnej technice opracowanej przez Polkę prof. Magdalenę Żernicką-Goetz, która od ponad 20 lat pracuje naukowo w Wielkiej Brytanii.
Żernicka-Goetz nauczyła Amerykanów sposobów hodowli zarodków i między innymi dlatego jest współautorką publikacji zespołu Aliego Brivanlou, renomowanego badacza zarodków i komórek macierzystych pochodzącego z Iranu, a od lat pracującego w USA. Pierwsza praca ukazała się w prestiżowym magazynie naukowym „Nature”. Równolegle druga, własnego zespołu Polki, na ten sam temat, ukazała się w „Nature Cell Biology”. W grupie badawczej Magdaleny Żernickiej-Goetz nigdy nie brakuje Polaków. Również bieżącą publikację firmują poza nią dwie inne Polki pracujące pod jej kierownictwem: dr Agnieszka Jędrusik i dr Anna Hupałowska.
Ale czego dokładnie dokonali uczeni? Zarodki nadliczbowe (takie, które nie byłyby wszczepione do dróg rodnych matki i zniszczone) uzyskane drogą zapłodnienia pozaustrojowego i ofiarowane do celów naukowych przez ich rodziców najpierw były hodowane w laboratorium przez 7 dni, czyli do czasu, gdy przekształciły się w stadium rozwojowe zwane blastocystą. W trakcie normalnego rozwoju zarodek w ciągu tego okresu przemieszcza się stopniowo z jajowodu do macicy. Blastocysta jest mikroskopijnej wielkości kulką utworzoną z około stu komórek zarodkowych. W środku jest wypełniona płynem, który gromadzi się w centralnie usytuowanej jamce blastocysty. Taki zarodek otoczony jest przeźroczystą osłonką utworzoną z białek. Osłonka ta wcześniej otaczała niezapłodnione jajo i to przez nią w trakcie zapłodnienia przedostał się do wnętrza plemnik, pobudzając jajo do rozwoju.
Odpowiednie podłoże
Hodowla laboratoryjna zarodków do tego stadium nie nastręcza dziś zbyt wielu kłopotów. Wiadomo, że dobrze jest hodować je w sterylnej pożywce zawierającej między innymi białka i sole mineralne przy niskiej zawartości tlenu. Jednak następny etap rozwoju wymaga zagnieżdżenia się owego zarodka w śluzówce macicy. Kiedy cały proces odbywa się w drogach rodnych kobiety, blastocysta wychodzi z otoczki i nawiązuje kontakt z komórkami śluzówki macicy. Ten krytyczny etap, gdy zarodek zagnieżdża się w organizmie matki (naukowcy mówią, że się implantuje), był właśnie bardzo trudny do pokonania w hodowli laboratoryjnej.
Trzeba było bowiem znaleźć odpowiednie podłoże, które pozwoliłoby imitować interakcje komórek zarodka z komórkami śluzówki macicy. Właśnie celny dobór syntetycznego podłoża przez Żernicką-Goetz był jednym z głównych gwarantów sukcesu. Równie ważny okazał się dobór i proporcje poszczególnych białek, aminokwasów, czynników wzrostu i witamin, a także podwyższenie zawartości tlenu w hodowli zagnieżdżonych w sztucznym podłożu blastocyst. Tylko w tych warunkach zarodki mogły rozwijać się poprawnie. Trzecim warunkiem, niezbędnym już tylko do umożliwienia obserwacji mikroskopowych rozwijających się zarodków, była doskonała przeźroczystość zastosowanego podłoża.
Pokonanie tych barier technicznych umożliwiło prześledzenie rozwoju zarodków przez kolejne 6 dni. Dzięki nim naukowcy mogli obserwować przekształcanie się komórek blastocysty w tkanki pozazarodkowe i ciało przyszłego płodu. Trzeba bowiem przypomnieć czytelnikom, że zarodki ssaków są przystosowane do rozwoju w macicy matki w ten sposób, że same wykształcają część tkanek budujących łożysko. Poza łożyskiem wykształcają się również błony płodowe tworzące pęcherzyk żółtkowy, w którym będzie wytwarzać się krew przyszłego płodu, i omocznia, która będzie gromadzić przez pewien czas metabolity produkowane przez zarodek. Są to tkanki, które nigdy nie wejdą w skład ciała płodu i następnie noworodka, lecz są równie ważne dla jego życia jak wewnętrzne organy, np. serce, mózg czy wątroba.
Te skomplikowane procesy prowadzące do różnicowania poszczególnych tkanek, tworzenia się błon otaczających wytwarzane przez zarodek wypełnione płynem jamki, były do tej pory okryte tajemnicą. Znano budowę morfologiczną tych struktur zarodkowych z analizy uzyskiwanych operacyjnie macic ciężarnych kobiet cierpiących na różne patologie, ale nikt nie widział, jak procesy te zachodzą w realnym czasie.
Nie tak, jak u myszy
Embriolodzy wykryli, że procesy te w zarodku ludzkim nie zachodzą tak samo jak u myszy – do tej pory głównego modelu eksperymentalnego rozwoju ssaków. Jednym z najważniejszych odkryć grupy Magdaleny Żernickiej-Goetz było wykazanie, że samoorganizacja poszczególnych części zarodka, bez udziału tkanek matki, i tworzenie kolejnych błon i jamek w jego obrębie zachodzą dzięki polaryzacji komórek, a nie na skutek ich zaprogramowanej śmierci, jak sądzono do tej pory.
Grupa Ali Brivanlou natomiast wykryła w hodowanych in vitro 10-dniowych zarodkach ludzkich grupę komórek, których istnienia do tej pory zupełnie nie podejrzewano. W 12. dniu rozwoju komórki te zanikają za sprawą wspomnianej wyżej zaprogramowanej śmierci komórkowej, czyli apoptozy. W komentarzu do artykułu zamieszczonego w „Nature” Ali Brivanlou mówi, że odkrycie tych komórek można porównać do wykrycia w organizmie ludzkim nieznanego dotąd organu. Trudno o lepszy argument o przełomowym znaczeniu tych odkryć dla poznania mechanizmów rozwoju organizmu człowieka.
Technika hodowli ludzkich zarodków in vitro w stadiach postimplantacyjnych i już uzyskane przez Żernicką-Goetz i Brivanlou wyniki będą miały zapewne ogromne znaczenie dla poznania patologii rozwoju zarodkowego. Większość ciąż kończy się bowiem na stadium implantacji, a przyczyny śmierci zarodków są do tej pory bardzo słabo poznane. Możliwość śledzenia pod mikroskopem zmian zachodzących w tym czasie w zarodku w połączeniu z badaniami genetycznymi pozwoli zapewne z czasem na identyfikację przyczyn ich obumierania w tym właśnie okresie. A dopiero poznanie przyczyn patologii może skutkować poszukiwaniem antidotum. Do tej pory w ogóle trudno było myśleć o takim kierunku badań.
Wyniki te przyczynią się również do lepszego poznania procesów różnicowania zarodkowych komórek macierzystych i ich kontroli. Obserwacje opisane przez obie grupy naukowe dotyczą bowiem właśnie tych komórek. Skuteczne i bezpieczne stosowanie komórek macierzystych w medycynie regeneracyjnej będzie możliwe tylko wtedy, gdy poznamy molekularne mechanizmy ich różnicowania i nauczymy się nimi sterować zgodnie z potrzebami terapeutycznymi.
Graniczny dzień 14.
Badanie ludzkich zarodków jest wyzwaniem nie tylko naukowym. Trzeba również pokonać opory natury etycznej i politycznej. W Polsce, gdzie nawet zapłodnienie in vitro napotyka niesłychany opór ze strony biskupów i posłusznych im polityków prawicy, badania, o których mowa, w ogóle nie mogłyby być prowadzone. Żadna komisja etyczna nie pozwoliłaby na obserwację ludzkich zarodków uzyskanych przez zapłodnienie in vitro przez tak długi czas. Naukowcy brytyjscy i amerykańscy też nie mogli prowadzić swych badań dłużej niż do końca 13. dnia rozwoju po zapłodnieniu. Takie bowiem w obu krajach obowiązują prawa lub zalecenia etyczne.
Wyznaczenie na 14. dzień rozwoju zarodka ludzkiego granicy prowadzenia na nim badań naukowych jest kompromisem ze światem religii i polityki. To właśnie 14 dni po zapłodnieniu dochodzi do procesu gastrulacji, w którym wykształca się nie tylko oś przyszłego płodu, ale również zaczynają się różnicować trzy podstawowe typy komórek (zwane listkami zarodkowymi), które utworzą przyszłe ciało płodu. To z tego powodu w tym właśnie czasie zarodek traci ostatecznie zdolność rozszczepienia i w konsekwencji zanika możliwość powstawania bliźniaków jednojajowych. A więc właśnie 14. dnia rozwoju zarodek ludzki staje się autonomiczną jednostką (choć oczywiście nie może być mowy o autonomicznym, czyli niezależnym od organizmu matki, dalszym rozwoju).
Teoretycznie istnieje możliwość jeszcze dłuższej hodowli zarodków ludzkich i prowadzenia obserwacji między innymi właśnie procesu gastrulacji. Prawdopodobnie trzeba by zastosować trójwymiarowe podłoża pozwalające na usytuowanie zarodka zbliżone do naturalnego. Ale te problemy techniczne można będzie próbować rozwiązać, dopiero jeśli przesunie się przynajmniej o kilka dni ograniczający dziś naukę termin 14 dni rozwoju.
Obie publikacje już zainicjowały dyskusję etyków nad koniecznością przesunięcia tej bariery. Oczywiście można już wyobrazić sobie opór środowisk katolickich, dla których nawet samo zapłodnienie in vitro jest dziełem szatana. Ale historia nauki pokazuje, że opór Kościoła zazwyczaj ustępuje. Kościół jeszcze niedawno był przecież absolutnym wrogiem dokonywania przeszczepów. Musiał ulec jednak wobec postępu nauki i myśli ludzkiej. Zapewne tak samo będzie z badaniami nad ludzkimi zarodkami.
Odrzucanie informacji naukowych przez hierarchów katolickich ma negatywny wpływ na społeczeństwo szczególnie w Polsce, gdzie poziom wiedzy jest niski (utrwalany przez tragiczny poziom czytelnictwa), a udział Kościoła w życiu społecznym i politycznym ogromny. Na łamach „Nature” ukazała się notka dwojga polskich naukowców Pauli Dobosz z Uniwersytetu w Cambridge i Jakuba Zawiły-Niedźwieckiego z Uniwersytetu Warszawskiego opisująca antynaukową falę przelewającą się przez Polskę i absolutny brak reakcji rządu na zalew głupoty. Sztandarowy problem stwarza ruch antyszczepionkowy, którego działanie może zagrozić bezpieczeństwu sanitarnemu Polaków.
Zastępowanie zapłodnienia in vitro tzw. naprotechnologią to też nic innego jak szerzenie ciemnoty. To, co proponują owe metody, jest bowiem wstępną częścią programu walki z niepłodnością kończącą się w razie porażki zapłodnieniem pozaustrojowym. Najniebezpieczniejsze są działania znachorów i pseudolekarzy leczących nowotwory witaminą C. Zdarza się powiększanie piersi za pomocą hipnozy i oczywiście ciągła pokusa wypierania nauki ewolucji w szkołach przez kreacjonizm. Sami naukowcy z tymi plagami się nie uporają.