Klonowanie, zapłodnienie in vitro i inne embriologiczne „zabawy”

Jakiś czas temu napisałem artykuł o podstawach embriologii, z którego możecie dowiedzieć się o fundamentalnych sprawach dotyczących tej dziedziny. W dzisiejszym tekście napiszę za to trochę szerzej o embriologii stosowanej, aplikacyjnej, wykorzystywanej w medycynie i biologii rozrodu. Będzie więc o zapłodnieniu pozaustrojowym, komórkach macierzystych, o klonowaniu, partenogenezie, modyfikacjach genetycznych i medycynie regeneracyjnej.

Przeczytaj także: Partenogeneza. Czy para mężczyzn mogłaby mieć wspólne biologiczne dziecko?

Współczesna embriologia
stosowana, oczywiście w połączeniu z genetyką, biochemią i innymi dziedzinami
biologii i medycyny, oferuje cały wachlarz niesamowitych możliwości. Od
zapłodnienia in vitro, przez
klonowanie, po tworzenie genetycznie zmodyfikowanych zwierząt i indukowanie
komórek macierzystych ze zróżnicowanych komórek somatycznych i po przyszłościową
ciążę pozaustrojową. Przyjrzyjmy się wszystkiemu po kolei.

Zapłodnienie in vitro, czyli zapłodnienie pozaustrojowe, to technika pozwalająca
na zapłodnienie poza organizmem kobiety. Oocyt zostaje w tym celu pobrany od
kobiety, a plemniki od mężczyzny. Cała procedura jest czasochłonna,
pracochłonna i kosztochłonna, więc gamety wybiera się pod kątem ich jakości,
tak aby szansa stworzenia prawidłowego zarodka zdolnego do implantacji i rozwinięcia
się w płód, była jak największa. Do naczynia z oocytem, który jest już
odpowiednio dojrzały, dodaje się plemniki. Zapłodnienie zachodzi w sposób
naturalny. Na zdjęciach i grafikach przy artykułach o zapłodnieniu in vitro często pokazuje się oocyt z
wbitą weń strzykawką. Jest to sztuczne zapłodnienie, czyli wprowadzenie
wybranego, jednego plemnika do oocytu. Robi się tak np. gdy plemniki mężczyzny
mają problem z przedostaniem się przez osłonkę przejrzystą, która otacza oocyt,
a z której zarodek wylęga się będąc blastocystą. W tym właśnie stadium zarodek może
być przeniesiony do macicy. Całość wcześniejszego rozwoju kontrolowana jest
zarówno przez embriologa, jak i urządzenie zwane embrioskopem.

Przeczytaj także: Na czym polega praca embriologa w klinice leczenia niepłodności?

Technologia
zapłodnienia in vitro służy wielu
celom. Poza tym oczywistym, czyli pomaganiu w zostaniu biologicznymi rodzicami
parom z problemem niepłodności czy parom jednopłciowym, pozaustrojowe
zapłodnienie wykorzystuje się w hodowlach zwierząt gospodarskich. Może być też
korzystne w niektórych programach ratowania ginących gatunków.

Klonowanie, a właściwie jego
„ważniejszy” typ, silnie związane jest z procedurą zapłodnienia
pozaustrojowego. Chodzi o klonowanie przez transfer jądra. Żeby je
przeprowadzić potrzebny jest oocyt utrzymywany w warunkach in vitro. W tym przypadku trzeba go jednak pozbawić jądra
komórkowego, a w jego miejsce wstawić jądro genomu klonowanego, czyli genomu
osoby/osobnika, która ma być sklonowana. Haploidalny, a zatem pojedynczy zestaw
chromosomów komórki płciowej jest w ten sposób zastępowany genomem diploidalnym
dawcy. Po odpowiedniej stymulacji fizykochemicznej tak przygotowana komórka jajowa
przekształca się w zarodek, który przy odrobinie szczęścia rozwinie się
prawidłowo, zaimplantuje, przekształci w płód i zostanie urodzony. Takie klony są
jednak w przybliżeniu genetycznego wieku swoich dawców, więc gdy dawcą jest
osobnik dorosły, to pomimo młodego wieku osobnik sklonowany jest genetycznie
starszy, niż być powinien. Inaczej jest w przypadku drugiego typu klonowania,
będącego znacznie prostszym. Chodzi o klonowanie zarodków. W tym przypadku
wystarczy podzielić zarodek na odpowiednio czesnym etapie rozwoju, kiedy jego
komórki są zdolne do przekształcenia się we wszystkie inne typy komórek.
Wówczas z każdej części zarodka po podziale możemy otrzymać odrębne zarodki, a
ostatecznie odrębne osoby/osobniki. Tą drogą, tyle że naturalnie – bez
laboratoryjnych procedur – powstają bliźniaki jednojajowe. Ich doświadczenie
daje odpowiedź na lubiane w świecie fantastyki pytanie o świadomość czy
odrębność kolega – osoby takie są całkowicie niezależne, a kwestia świadomości
bardziej niż o biotechnologię, zahacza o neurobiologię połączoną z informatyką
i programowaniem oraz sztuczną inteligencją.

Edward Dolnick. „Nowe życie”. Zdjęcie umieszczone w artykule w ramach współpracy z wydawnictwem Znak.

Jeszcze jedną możliwą, osiągalną
obecnie ingerencją człowieka w naturę w zakresie embriologii, jest indukowanie
komórek macierzystych. Istnieją różne rodzaje komórek macierzystych:
totipotentne (mogące przekształcić się we wszystkie rodzaje komórek),
pluripotentne (zdolne do przemiany we wszystkie rodzaje komórek poza tymi,
które stworzą łożysko) oraz multi- i unipotentne, różnicujące się odpowiednio w
komórki w obrębie danej tkanki oraz w konkretną, inną komórkę. Totipotentne są
wczesne zarodki, przed wykształceniem trofoblastu, natomiast po tym zdarzeniu
komórki węzła zarodkowego są pluripotentne. Można więc ukierunkować je na
rozwój tkanki mięśni szkieletowych, sercowych, tkanki nerwowej czy kostnej. Dlatego
właśnie komórki macierzyste są nadzieją medycyny regeneracyjnej. Pobieranie
komórek macierzystych z zarodków do takich celów jest uważane za nieetyczne,
ale istnieje inna droga by je pozyskać – indukowanie komórek macierzystych.
Jest to wielotorowa technika tworzenia komórek macierzystych z komórek
somatycznych, na przykład komórek skóry. Zadziałanie odpowiednimi czynnikami
zmienia ich poziom zróżnicowania i faktycznie „wracają” do etapu komórek
macierzystych. Jednak nie do końca – indukowane komórki pluripotentne nie są
stabilne i mogą przekształcać się w potworniaki, czyli nowotwory komórek
macierzystych. Naukowcy próbując odkryć jak obejść ten problem, muszą zagłębiać
się w niesamowicie szczegółowe poziomy ekspresji poszczególnych genów i różnych
interakcji w komórce, tak aby dowiedzieć się które szlaki sygnałowe powinny być
aktywowane lub dezaktywowane i w którym momencie, żeby nad całym tym procesem
zapanować, pozbywając się ryzyka stworzenia potworniaka.

Ważnym na dzień dzisiejszy
aspektem w kontekście embriologii eksperymentalnej jest tworzenie odmian
zwierząt genetycznie zmodyfikowanych (GMO). Również tutaj potrzebny jest
embriolog. Komórki macierzyste modyfikuje się genetycznie poprzez wprowadzenie
określonego genu, w warunkach in vitro,
a następie wszczepia się je do zarodka. Gdy po narodzinach osobnik
wykazuje  udaną transformację, to takiego
osobnika rozmnaża się z kolejnym udanie zmodyfikowanym, by otrzymać genetycznie
zmodyfikowane potomstwo. Odmiany zwierząt GMO służą np. do prowadzenia badań
naukowych, a niedawno w Ameryce zezwolono na spożywczą produkcję genetycznie
zmodyfikowanych łososi AquaAdvantage,
po 20 latach badań. Głosem przyszłości są natomiast ciąże pozaustrojowe. Dokonywano
już prób na zwierzętach, ale jest to wciąż jeszcze nieosiągalna powszechnie
technologia.

Przeczytaj także: Embriologia „dla zabieganych”, czyli jak zrozumieć podstawy embriologii

Niesamowite jest to, jak wiele
możliwości dają nam nauka i medycyna – a to co tu opisałem to zaledwie wycinek
ich możliwości, które z każdym rokiem stają się coraz większe. Postęp w tych
dziedzinach jest nieunikniony i co więcej – potrzebny. Zawsze jednak należy
podkreślać, że niezwykle ważne jest zachowywanie standardów etycznych i
bioetycznych, zwłaszcza gdy w grę wchodzą całkowicie nowe technologie, takie
jak pozaustrojowa ciąża czy genetyczne modyfikowanie zarodków ludzkich w celach
innych, niż ewidentnie lecznicze.

Prowadzenie bloga naukowego
wymaga ponoszenia kosztów. Merytoryczne przygotowanie do napisania artykułu to
często godziny czytania podręczników i publikacji. Zdecydowałem się więc
stworzyć profil na Patronite, gdzie w prosty
sposób można ustawić comiesięczne wpłaty na rozwój bloga. Dzięki temu może on
funkcjonować i będzie lepiej się rozwijać. Pięć lub dziesięć złotych
miesięcznie nie jest dla jednej osoby dużą kwotą, ale przy wsparciu wielu staje
się realnym, finansowym patronatem bloga, dzięki któremu mogę poświęcać więcej
czasu na pisanie artykułów.