Novi model za istraživanja: hibridni embriji ljudskih i pilećih stanica

Ljudski embrio. Stanice obojene zeleno će formirati tijelo, credit: Ali Brivanlou/The Rockefeller University

Obično nismo previše dobronamjerno raspoloženi prema bilo kakvim interspecijskim himerama, a naročito onim koje imaju ljudske stanice. "Humanizirani" miševi, svinje i ovce sa ljudskim stanicama - sve nam to izgleda kao scenario SF horor filma. 

Dakle, sa jedne strane imamo strah i bioetička pitanja koja postojanje ovakvih himera povlači sa sobom, a sa druge strane, tu je mogućnost da se se otkrije nešto novo, veoma važno. Novi tip embrija, koji su naučnici koristili kao model za istraživanje, sadržavao je stanice pileta i ljudske stanice.

Zbog bioetičkih razloga, laboratorije koje imaju dozvolu rada na stanicama ljudskih embrija, mogu embrije držati samo do 14. dana razvoja. Nakon toga, dolazi do organizacije matičnih stanica u organe i udove i to je zapravo neka vrsta "linije razgraničenja" toga šta je neorganizovana grupa stanica, a šta novo ljudsko biće, granica  kada nije bioetično vršiti eksperimente. Ali, ovo pravilo znači i da naučnici nisu u mogućnosti vidjeti kako počinje ta reorganizacija stanica. 

Da bi ste stanice organizirale, potrebno je da postoji signal koji će "reći" stanicama šta je to gore, a šta dolje. Odnosno, na taj način se stanice usmjeravaju da tačno određena grupa stanica formira glavu, a druge da formiraju udove i druge dijelove tijela. Također, položaj stanica određuje i nastanak klicinih listića te formiranje neuralne ploče. Nakupina stanica koja nastaje od zigota nekako "zna" koji je dio te gomilice "leđa", a koji "trbuh". Ovi prvi dani razvoja embrija su najfascinantniji trenuci razvoja novog živog bića, a mi o tome znamo jako malo. Niko zapravo nije bio u stanju razumjeti šta se dešava sa grupom stanica nastalih diobom zigote kada se zakači za zid uterusa. 

U radu, objavljenom 23. maja 2018. u Nature, pod naslovom "Self-organization of a human organizer by combined Wnt and Nodal signalling", opisan je način na koji se organiziraju tzv. "stanice-organizatori" ljudskog embrija, pri čemu su naučnici zaobišli "pravilo 14 dana". Naučnici sa Rockefeller Univerziteta u Njujorku, predvođeni Alijem Brivanloum, napravili su embriolike strukture od ljudskih embrionalnih stanica uzgajajući ove stanice u obliku malih kvadratića dimenzija 22x22mm. Tim načinom kultiviranja stanica, Brivanlou i njegove kolege su "natjerali" stanice da se organiziraju u određene strukture, umjesto da se tek šire horizontalno, što bi se dogodilo u "običnoj" kulturi. 

Zatim su tretirali stanice određenim faktorima rasta te su stanice počele formirati različite slojeve, što je vrlo slično onome što se događa u ranim fazama razvoja embrija. Stanice su tretirane tako što je aktiviran gen Wnt3  pomoću proteina BMP4. Wnt3 gen stimulira NODAL  ekspresiju, što je signalni put koji dovodi do stvaranja stanica-organizatora. 

Kod tretiranih stanica su se počeli uključivati geni karakteristični za stanice-organizatore. Stanice-organizatori su one stanice koje dirigiraju gdje će se formirati koji dio tijela, a što ovisi o položaju tih stanica, mjestu gdje su se zadesile. One su ključne u procesu embriogeneze, procesu u kojem preraspodjelom grupa stanica (invaginacijama, evaginacijama, migracijama stanica) nastaju određeni dijelovi tijela i organi. Dobijeni su  "lažni" embriji, tzv. "embrioidi". 

Ljudske embrionalne stanice (crveno) transplantirane na embrio pileta; I. MARTIN ET AL., NATURE, 2018

Brivanlou i njegov tim su onda ove grupice stanica ljudskog embrija transplantirali na 12 sati stare embrije pileta. Grubo rečeno, 12 sati stari pileći embriji su ekvivalent 14 dana starim ljudskim embrijima. Ovakav modificiran embrio se razvijao tako da su ljudske stanice-organizatori usmjerile stanice pilećeg embrija da formiraju još jedan nervni sistem tj. neuralnu cijev. 

Ovaj tim naučnika je uspio zaobići protokole koji onemogućavaju zadržavanje stanica ljudskih embrija duže od 14 dana u kulturi, stvarajući novi model za ovakva istraživanja. Međutim, prema riječima samog vođe tima, nema zamjene za proučavanje pravog embrija.

Idući korak u istraživanju zagonetke stvaranja života biće odrediti kako tačno stanice-organizatori utiču na susjedne stanice. Napori za razumijevanje ovog problema mogli bi omogućiti vrlo sofisticirane načine manipulacije ljudskim embrionalnim stanica kako bi se one organizirale u određene specifične strukture i omogućiti neke nove terapije, mada je obećanje ovakvih terapija daleko i pod upitnikom. Također, ovo bi moglo pružiti uvid u razloge zbog kojih dolazi do nekih spontanih pobačaja u ranim fazama razvoja embrija.