پژوهشگران برای نخستینبار مدلی از جنین انسانی در آزمایشگاه ساختند که توانست مراحل کلیدی رشد جنینی را شبیهسازی کرده و سلولهای اولیه تشکیل اندامها را تولید کند.
به گزارش سیناپرس، پژوهشگران چینی موفق شدهاند برای نخستینبار یک مدل جنینی انسانی در آزمایشگاه ایجاد کنند که قادر است مراحل مهمی از رشد اولیه جنین را شبیهسازی کرده و سلولهای اولیه مورد نیاز برای شکلگیری اندامها را تولید کند. این دستاورد میتواند مسیر آینده پزشکی بازساختی و تولید اندامهای قابل پیوند در آزمایشگاه را هموارتر کند.
این موفقیت علمی که به گفته محققان میتواند نقطه عطفی در زیستفناوری باشد حاصل سالها تلاش برای حل یکی از پیچیدهترین چالشهای مهندسی زیستی است؛ اینکه چگونه میتوان سلولهای بنیادی را به گونهای هدایت کرد که مانند روند طبیعی رشد بدن سازماندهی شوند و به ساختارهای پیچیدهای مانند اندامها تبدیل شوند.
پژوهشگران موسسه جانورشناسی آکادمی علوم چین با استفاده از فناوری زیستشناسی فضایی توانستند موقعیت و آرایش سلولهای اولیه انسانی را با دقت بیشتری کنترل کنند. نتیجه این فرآیند ساخت مدلهای جنینی ویژهای بود که دانشمندان آنها را دیسک گاسترولوئیدها (disc-Gastruloids) نامگذاری کردند.
این مدلها توانستند وارد مرحلهای کلیدی از رشد جنینی به نام گاسترولاسیون شوند؛ مرحلهای که طی آن جنین از یک لایه ساده سلولی به ساختاری سهبعدی با سه لایه اصلی شامل اکتودرم، مزودرم و آندودرم تبدیل میشود. این سه لایه در ادامه مسیر رشد منشا شکلگیری اندامها و بافتهای مختلف بدن هستند.
یو لکیان، نویسنده مسئول این پژوهش و استاد موسسه جانورشناسی آکادمی علوم چین توضیح داده است که گاسترولاسیون زمانی است که معماری پایه بدن شکل میگیرد و جنین از یک دیسک تخت به یک ساختار سهبعدی تبدیل میشود.
به دلیل اهمیت این مرحله دانشمندان سالها آن را یکی از جعبههای سیاه علم جنینشناسی میدانستند، زیرا امکان مطالعه مستقیم این دوره از رشد انسانی بسیار محدود بوده است. همچنین قوانین اخلاقی بینالمللی، کشت جنین انسانی در آزمایشگاه را پس از ۱۴ روز از لقاح یعنی زمانی که مرحله گاسترولاسیون آغاز میشود محدود میکنند.
مدلهای پیشین جنین انسانی در آزمایشگاه تنها قادر بودند برخی انواع سلولی را ایجاد کنند و نمیتوانستند ساختاری به نام خط اولیه یا primitive streak را تشکیل دهند؛ ساختاری که نقش مهمی در هدایت سلولها برای ورود به مراحل بعدی رشد دارد. نبود این ساختار باعث میشد سلولها بهصورت تصادفی رشد کنند و از روند طبیعی رشد جنین فاصله بگیرند.
در مطالعه جدید پژوهشگران با ایجاد نظم فضایی دقیق در سلولها توانستند این مانع را برطرف کنند. مدلهای ساختهشده علاوه بر ورود به مرحله گاسترولاسیون توانستند مهاجرت سلولی مشابه آنچه در رشد طبیعی جنین انسان رخ میدهد را نشان دهند.
بر اساس نتایج این پژوهش بیش از ۸۰ درصد از مدلهای مهندسیشده توانستند این فرآیندهای رشدی را با موفقیت بازسازی کنند. دانشمندان همچنین مشاهده کردند که این مدلها ساختارهایی مانند لوله عصبی بخش ابتدایی دستگاه گوارش و سلولهای پیشساز اندامهایی مانند ریه، کبد و پانکراس را ایجاد کردند.
علاوه بر این یک محفظه ابتدایی قلب در این مدلها شکل گرفت که توانست بهطور مستقل و ریتمیک منقبض شود؛ نشانهای از شباهت این مدل آزمایشگاهی با مراحل اولیه رشد جنین انسانی.
تحلیلهای تکسلولی نیز نشان داد که ساختار سلولی این مدلها شباهت زیادی به جنین انسانی ۲۱ روزه دارد.
یو لکیان اعلام کرده است که این پژوهش پایهای برای هدف نهایی یعنی تولید گسترده و ماژولار سلولهای اولیه اندام در محیط آزمایشگاه فراهم میکند؛ فرآیندی که در آینده میتواند به ترمیم بافتهای آسیبدیده یا حتی ساخت اندامهای انسانی در آزمایشگاه کمک کند.
به نقل از برنا، با وجود این پیشرفت دانشمندان تاکید دارند که تولید اندام کامل انسانی از چنین مدلهایی هنوز فاصله زیادی دارد و چالشهای علمی و اخلاقی متعددی باقی مانده است. با این حال این دستاورد اطلاعات ارزشمندی درباره چگونگی شکلگیری اندامها فراهم میکند و میتواند سرعت توسعه فناوریهای پزشکی بازساختی را افزایش دهد.
نتایج این پژوهش در مجله علمی Cell منتشر شده است.