Արդյո՞ք սինթետիկ սաղմերը կմտնեն արհեստական ​​օրգանների դարաշրջան:   

Գիտնականները լաբորատորիայում կրկնօրինակել են կաթնասունների սաղմի զարգացման բնական գործընթացը մինչև ուղեղի և սրտի զարգացման աստիճանը: Օգտագործելով ցողունային բջիջներ՝ հետազոտողները արգանդից դուրս ստեղծեցին մկան սինթետիկ սաղմերը, որոնք ամփոփում էին արգանդում զարգացման բնական գործընթացը մինչև 8.5-րդ օրը: Սա կարևոր իրադարձություն է սինթետիկ կենսաբանության մեջ: Ապագայում դա կուղղորդի մարդու սինթետիկ սաղմերի ուսումնասիրությունները, որոնք էլ իրենց հերթին կարող սկիզբ դրեց սինթետիկ արտադրանքի զարգացմանը և արտադրությանը օրգաններ փոխպատվաստման սպասող հիվանդների համար: 

Սաղմը սովորաբար հասկացվում է որպես զարգացման միջանկյալ փուլ վերարտադրության հաջորդական բնական երևույթի մեջ, որը սկսվում է սերմնահեղուկի հետ հանդիպելով ձվաբջիջի հետ՝ ձևավորելով zygote, որը բաժանվում է և դառնում: սաղմի, որին հաջորդում է պտղի և նորածնի զարգացումը հղիության ավարտից հետո:  

Զարգացումներ սաղմնային բջիջում միջուկային փոխանցում տեսել է սերմի կողմից ձվի բեղմնավորման փուլը բաց թողնելու դեպքը: 1984թ.-ին ձվից ստեղծվեց սաղմ, որից նրա սկզբնական հապլոիդ միջուկը հեռացվեց և փոխարինվեց դոնոր սաղմնային բջջի միջուկով, որը հաջողությամբ զարգացավ փոխնակում և ծնեց առաջին կլոնավորված ոչխարին: Սոմատիկ բջիջների միջուկային փոխանցման (SCNT) կատարելության շնորհիվ Դոլլի ոչխարը ստեղծվել է 1996 թվականին հասուն հասուն բջիջից: Սա մեծահասակ բջիջից կաթնասունի կլոնավորման առաջին դեպքն էր։ Dolly-ի դեպքը նաև բացեց անհատականացված ցողունային բջիջների զարգացման հնարավորությունը: Երկու դեպքում էլ սերմնահեղուկը չի օգտագործվել, սակայն ձվաբջիջն է (փոխարինված միջուկով) աճել՝ դառնալով սաղմ։ Այսպիսով, որպես այդպիսին, այս սաղմերը դեռ բնական էին:  

Արդյո՞ք սաղմերը կարող են ստեղծվել առանց նույնիսկ ձվի ներգրավման: Եթե ​​այո, ապա նման սաղմերը այնքան սինթետիկ կլինեն, որ գամետներ (սեռական բջիջներ) չեն օգտագործվի։ Մեր օրերում նման սաղմերը (կամ «սաղմնման» կամ սաղմնավորները) սովորաբար ստեղծվում են սաղմնային ցողունային բջիջների (ESC) միջոցով և մշակվում vitro լաբորատորիայում:  

Կաթնասունների շրջանում մկների բազմացման համար պահանջվում է համեմատաբար կարճ ժամանակահատված (19-21 օր), ինչը մկան սաղմը դարձնում է ուսումնասիրության հարմար մոդել: Ընդհանուր առմամբ, նախաիմպլանտացիոն շրջանը կազմում է մոտ 4-5 օր, իսկ մնացած 15 օրը (ընդհանուրի մոտ 75%-ը) հետիմպլանտացիա է: Հետիմպլանտացիայի զարգացման համար սաղմը պետք է տեղադրվի արգանդի ներսում, ինչը նրան անհասանելի է դարձնում արտաքին դիտարկման համար: Այս կախվածությունը մայրական արգանդից խոչընդոտ է ստեղծում հետազոտության մեջ:    

2017 թվականը նշանակալից էր կաթնասունների սաղմերի մշակույթի պատմության մեջ։ Մկան սինթետիկ սաղմերի ստեղծման ջանքերն ավարտվեցին, երբ հետազոտողները հստակ ցույց տվեցին, որ սաղմնային ցողունային բջիջներն ունեն ինքնուրույն հավաքվելու և ինքնակազմակերպվելու ունակություն։ vitro առաջացնել սաղմի նման կառուցվածքներ, որոնք կարևոր առումներով նման են բնական սաղմերին^1,2. Այնուամենայնիվ, կային սահմանափակումներ, որոնք բխում էին արգանդ խոչընդոտներ. Սովորական է սաղմի նախաիմպլանտացիայի մշակումը vitro բայց ցանկացած ամուր հարթակ մկան հետիմպլանտացիայից հետո սաղմի արտաարգանդային մշակույթի համար (ձվի գլանների փուլերից մինչև առաջադեմ օրգանոգենեզ) անհասանելի էր: Այս խնդրի լուծման համար բեկում մտավ անցյալ տարի՝ 2021-ին, երբ հետազոտական ​​թիմը ներկայացրեց մշակութային հարթակ, որն արդյունավետ էր մայրական արգանդից դուրս մկան սաղմի հետիմպլանտացիայի զարգացման համար: Պարզվել է, որ այս հարթակում ex utero աճեցված սաղմը ճշգրիտ կերպով ամփոփում է in utero զարգացում³. Այս զարգացումը հաղթահարեց արգանդի խոչընդոտները և հնարավորություն տվեց հետազոտողներին ավելի լավ հասկանալ հետիմպլանտացիոն մորֆոգենեզը և այդպիսով օգնեց սինթետիկ սաղմի նախագծին անցնել առաջադեմ փուլ: 

Այժմ երկու հետազոտական ​​խմբեր հաղորդել են 8.5 օրվա ընթացքում սինթետիկ մկան սաղմի աճի մասին, ինչը մինչ այժմ ամենաերկարն է: Սա բավական երկար էր՝ հստակեցնելու համար օրգաններ (ինչպիսիք են սրտի բաբախյունը, աղիքային խողովակը, նյարդային ծալքը և այլն) զարգացած լինել: Այս վերջին առաջընթացն իսկապես ուշագրավ է:  

Ինչպես հաղորդվել է Cell-ում 1 թվականի օգոստոսի 2022-ին, հետազոտական ​​թիմը ստեղծել է մկների սինթետիկ սաղմեր՝ օգտագործելով միայն միամիտ սաղմնային ցողունային բջիջներ (ESC) մայրական արգանդից դուրս: Նրանք համախմբեցին ցողունային բջիջները և մշակեցին դրանք՝ օգտագործելով վերջերս մշակված մշակութային հարթակը երկար ժամանակով ex-utero աճ՝ ստանալու հետգաստրուլյացիոն սինթետիկ ամբողջական սաղմ՝ ինչպես սաղմնային, այնպես էլ արտասաղմնային բաժանմունքներով: Սինթետիկ սաղմը մկան էմբրիոնների 8.5 օրվա փուլում գոհացուցիչ կերպով հասել է իր նշաձողերին: Այս ուսումնասիրությունը ընդգծում է միամիտ պլյուրիպոտենտ բջիջների կարողությունը՝ ինքնուրույն հավաքվելու և ինքնակազմակերպվելու և մոդելավորելու ամբողջ կաթնասունի սաղմը գաստրուլյացիայից դուրս:⁴. 

25 թվականի օգոստոսի 2022-ին Nature ամսագրում հրապարակված ամենավերջին ուսումնասիրության մեջ հետազոտողները օգտագործել են նաև արտասաղմնային ցողունային բջիջները՝ սաղմնային ցողունային բջիջների (ESC) զարգացման ներուժը ընդլայնելու համար: Նրանք in vitro սինթետիկ սաղմերը հավաքեցին՝ օգտագործելով մկների ESCs, TSCs և iXEN բջիջները, որոնք ամփոփում էին մկների բնական ամբողջ սաղմնային զարգացումը արգանդում մինչև 8.5-րդ օրը: Այս սինթետիկ սաղմն ուներ նախաուղեղի և միջին ուղեղի որոշակի հատվածներ, բաբախող սրտի կառուցվածք, միջքաղաք, որը բաղկացած է նյարդային խողովակից, պոչի բողբոջը, որը պարունակում է նեյրոմեզոդերմալ նախածննդոցներ, աղիքային խողովակ և սկզբնական սեռական բջիջներ: Ամբողջը գտնվում էր արտասաղմնային պարկի մեջ⁵. Այսպիսով, այս ուսումնասիրության մեջ օրգանոգենեզն ավելի առաջադեմ և ուշագրավ էր՝ համեմատած 1 թվականի օգոստոսի 2022-ին Cell-ում ներկայացված ուսումնասիրության հետ: Հավանաբար, երկու տեսակի արտասաղմնային ցողունային բջիջների օգտագործումը մեծացրել է սաղմնային ցողունային բջիջների զարգացման ներուժը այս հետազոտության մեջ: Հետաքրքիր է, որ ավելի վաղ ուսումնասիրության ժամանակ օգտագործվել են միայն միամիտ սաղմնային ցողունային բջիջներ (ESC):  

Այս ձեռքբերումներն իսկապես ուշագրավ են, քանի որ սա ամենահեռավոր կետն է մինչ այժմ սինթետիկ կաթնասունների սաղմերի ուսումնասիրության մեջ: Կաթնասունների ուղեղ ստեղծելու ունակությունը եղել է սինթետիկ կենսաբանության հիմնական նպատակը: Հետիմպլանտացիայի սաղմի զարգացման բնական գործընթացը լաբորատորիայում հաղթահարում է արգանդի պատնեշը և հնարավորություն է տալիս հետազոտողներին ուսումնասիրել կյանքի ամենավաղ փուլերը, որոնք սովորաբար թաքնված են արգանդում:  

Չնայած էթիկական խնդիրներին, մկների սինթետիկ սաղմի վերաբերյալ ուսումնասիրությունների ձեռքբերումները մոտ ապագայում կուղղորդեն մարդու սինթետիկ սաղմերի ուսումնասիրությունները, որոնք կարող են սկիզբ դնել սինթետիկ օրգանների զարգացմանն ու արտադրությանը փոխպատվաստման սպասող հիվանդների համար:  

*** 

Հիշատակում:  

1. Հարիսոն Ս.Է et al 2017. Սաղմնային և արտասաղմնային ցողունային բջիջների հավաքում in vitro սաղմնածին նմանակելու համար: ԳԻՏՈՒԹՅՈՒՆ. 2 Mar 2017. Vol 356, Issue 6334. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aal1810  

2. Warmflash A. 2017. Սինթետիկ սաղմերը. պատուհանները կաթնասունների զարգացման մեջ: Բջջային Ցողունային բջիջ. Հատոր 20, թիւ 5, 4 Մայիս 2017, Էջեր 581-582։ DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2017.04.001   

3. Ագիլերա-Կաստրեխոն, Ա., et al. 2021. Ex utero մկնիկի սաղմը նախագաստրուլյացիայից մինչև ուշ օրգանոգենեզ: Բնություն 593, 119–124. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03416-3  

4. Տարազի Ս., և այլն 2022. Հետգաստրուլյացիայից հետո սինթետիկ սաղմերը, որոնք ստեղծվել են ներարգանդային մկների միամիտ ESC-ներից: Բջջ. Հրատարակված՝ 01 օգոստոսի, 2022թ. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.028 

5. Ամադեի, Գ. et al 2022. Սինթետիկ սաղմերի ամբողջական գաստրուլյացիա դեպի նևրուլյացիա և օրգանոգենեզ: Հրատարակված՝ 25 օգոստոսի 2022. Բնություն. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05246-3 

***