Adakah Embrio Sintetik Akan Mendahului Era Organ Tiruan?   

Para saintis telah meniru proses semula jadi perkembangan embrio mamalia di makmal sehingga ke peringkat perkembangan otak dan jantung. Menggunakan sel stem, penyelidik mencipta embrio tetikus sintetik di luar rahim yang menyusun semula proses perkembangan semula jadi dalam rahim sehingga hari ke 8.5. Ini adalah peristiwa penting dalam biologi sintetik. Pada masa hadapan, ini akan membimbing kajian tentang embrio sintetik manusia, yang seterusnya boleh mengantar pembangunan dan pengeluaran sintetik organ-organ untuk pesakit yang menunggu pemindahan. 

Embrio biasanya difahami sebagai peringkat perkembangan pertengahan dalam fenomena semula jadi pembiakan berurutan yang dimulakan oleh sperma bertemu ovum untuk membentuk zigot, yang membahagi menjadi embrio, diikuti kemudiannya dengan perkembangan menjadi janin dan bayi baru lahir setelah selesai mengandung.  

Kemajuan dalam sel embrio pemindahan nuklear melihat contoh melangkau langkah persenyawaan telur oleh sperma. Pada tahun 1984, embrio telah dicipta daripada telur di mana nukleus haploid asalnya telah dikeluarkan dan digantikan oleh nukleus sel embrio penderma yang berjaya menjalani pembangunan sebagai pengganti untuk melahirkan bayi biri-biri klon pertama. Dengan kesempurnaan Pemindahan Nuklear Sel Somatik (SCNT), kambing biri-biri Dolly telah dicipta pada tahun 1996 daripada sel dewasa yang matang. Ini adalah kes pertama pengklonan mamalia daripada sel dewasa. Kes Dolly juga membuka kemungkinan pembangunan sel stem yang diperibadikan. Dalam kedua-dua kes, sperma tidak digunakan, namun ia adalah telur (dengan nukleus yang diganti) yang berkembang menjadi embrio. Jadi, oleh itu, embrio ini masih semula jadi.  

Bolehkah embrio dicipta tanpa penglibatan walaupun sebiji telur? Jika ya, embrio sedemikian akan menjadi sintetik sehingga tiada gamet (sel seks) akan digunakan. Hari ini, embrio tersebut (atau 'seperti embrio' atau embrio) secara rutin dicipta menggunakan sel stem Embrio (ESC) dan dikultur. vitro dalam makmal.  

Di kalangan mamalia, tikus mengambil tempoh yang agak singkat (19-21 hari) untuk membiak yang menjadikan embrio tikus sebagai model kajian yang mudah. Daripada jumlah tersebut, tempoh pra-implantasi adalah kira-kira 4-5 hari manakala selebihnya 15 hari (kira-kira 75% daripada jumlah keseluruhan) adalah selepas implantasi. Untuk perkembangan selepas implantasi, embrio perlu ditanam di dalam rahim yang menjadikannya tidak boleh diakses untuk pemerhatian luar. Kebergantungan kepada rahim ibu ini menimbulkan halangan dalam penyiasatan.    

Tahun 2017 adalah penting dalam sejarah budaya embrio mamalia. Usaha untuk mencipta embrio tikus sintetik mendapat faedah apabila penyelidik dengan jelas menunjukkan bahawa sel stem embrio mempunyai keupayaan untuk memasang sendiri dan mengatur sendiri vitro untuk menimbulkan struktur seperti embrio yang menyerupai embrio semula jadi dalam cara yang penting^1,2. Walau bagaimanapun, terdapat batasan yang timbul daripada uterus halangan. Ia adalah rutin untuk membiakkan embrio pra-implantasi vitro tetapi sebarang platform yang teguh untuk kultur ex-utero embrio tikus selepas implantasi (dari peringkat silinder telur sehingga organogenesis lanjutan) tidak tersedia. Satu kejayaan untuk menangani perkara ini berlaku tahun lepas pada 2021 apabila pasukan penyelidik membentangkan platform kultur yang berkesan untuk perkembangan embrio tikus selepas implantasi di luar rahim ibu. Embrio yang tumbuh pada platform ex utero ini didapati dengan tepat menyusun semula in utero pembangunan³. Perkembangan ini mengatasi halangan rahim dan membolehkan penyelidik untuk lebih memahami morfogenesis selepas implantasi dan dengan itu telah membantu projek embrio sintetik mencapai tahap lanjut. 

Kini, dua kumpulan penyelidikan telah melaporkan pertumbuhan embrio tikus sintetik selama 8.5 hari yang merupakan yang paling lama setakat ini. Ini cukup panjang untuk berbeza organ-organ (seperti jantung berdegup, tiub usus, lipatan saraf dll) telah berkembang. Kemajuan terbaru ini benar-benar luar biasa.  

Seperti yang dilaporkan dalam Cell pada 1 Ogos 2022, pasukan penyelidik menghasilkan embrio sintetik tikus menggunakan hanya Sel Stem Embrionik (ESC) naif di luar rahim ibu. Mereka mengumpulkan bersama sel stem dan memprosesnya menggunakan platform kultur yang dibangunkan baru-baru ini untuk berpanjangan bekas rahim pertumbuhan untuk mendapatkan embrio sintetik selepas gastrulasi dengan kedua-dua petak embrio dan ekstraembrionik. Embrio sintetik telah mencapai pencapaian yang memuaskan selama 8.5 hari peringkat embrio tikus. Kajian ini menyerlahkan keupayaan sel pluripoten naif untuk memasang sendiri dan mengatur sendiri dan memodelkan keseluruhan embrio mamalia melebihi gastrulasi⁴. 

Dalam kajian terbaru yang diterbitkan dalam Nature pada 25 Ogos 2022, para penyelidik menggunakan sel stem ekstraembrionik juga untuk memanjangkan potensi perkembangan sel stem embrio (ESC). Mereka memasang embrio sintetik secara in vitro menggunakan ESC tetikus, TSC dan sel iXEN yang telah menyusun semula keseluruhan perkembangan embrio tetikus secara semulajadi dalam rahim hingga hari ke 8.5. Embrio sintetik ini telah mentakrifkan kawasan otak depan dan otak tengah, struktur seperti jantung yang berdegup, batang yang terdiri daripada tiub saraf, tunas ekor yang mengandungi progenitor neuromesodermal, tiub usus, dan sel kuman primordial. Semuanya berada dalam kantung tambahan embrio⁵. Oleh itu, dalam kajian ini organogenesis adalah lebih maju dan luar biasa berbanding kajian yang dilaporkan dalam Sel pada 1 Ogos 2022. Mungkin, penggunaan dua jenis sel stem tambahan embrionik meningkatkan potensi perkembangan sel stem embrio dalam kajian ini. Menariknya, hanya Sel Stem Embrionik (ESC) yang naif digunakan dalam kajian terdahulu.  

Pencapaian ini benar-benar luar biasa kerana ini adalah titik terjauh setakat ini dalam kajian mengenai embrio mamalia sintetik. Keupayaan untuk mencipta otak mamalia telah menjadi matlamat utama biologi sintetik. Mencipta semula proses semula jadi perkembangan embrio selepas implantasi di makmal mengatasi halangan rahim dan membolehkan para penyelidik mengkaji peringkat awal kehidupan yang biasanya tersembunyi di dalam rahim.  

Walau apa pun isu etika, pencapaian dalam kajian tentang embrio sintetik tikus akan membimbing kajian tentang embrio sintetik manusia dalam masa terdekat yang boleh membawa kepada pembangunan dan pengeluaran organ sintetik untuk pesakit yang menunggu pemindahan.  

*** 

Rujukan:  

1. Harrison SE et al 2017. Pemasangan sel stem embrio dan ekstraembrionik untuk meniru embriogenesis secara in vitro. SAINS. 2 Mac 2017. Vol 356, Isu 6334. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aal1810  

2. Warmflash A. 2017. Embrio Sintetik: Windows ke dalam Pembangunan Mamalia. Sel stem sel. Jilid 20, Terbitan 5, 4 Mei 2017, Halaman 581-582. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2017.04.001   

3. Aguilera-Castrejon, A., et al. 2021. Embriogenesis tikus ex utero daripada pra-gastrulasi hingga organogenesis lewat. Alam 593, 119–124. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03416-3  

4. Tarazi S., et el 2022. Embrio sintetik selepas gastrulasi menjana ex utero daripada ESC naif tetikus. sel. Diterbitkan: 01 Ogos 2022. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.028 

5. Amadei, G., et al 2022. Embrio sintetik melengkapkan gastrulasi kepada neurulasi dan organogenesis. Diterbitkan: 25 Ogos 2022. Alam. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05246-3 

***