ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗВИТИЯ ЭМБРИОНОВ ВНЕ МАТКИ

STUDIES ON THE DEVELOPMENT OF EMBRYOS OUTSIDE THE UTERUS

Evgenia Semenova

student, Department of Biology, Orenburg State Medical University,

Russia, Orenburg

Guzel Kolchugina

scientific supervisor, cand. biol. Sciences, Orenburg State Medical University

Russia, Orenburg

АННОТАЦИЯ

В статье автор рассматривает нововведения в области репродуктивной науки. В статье освещены исследования способов экстракорпорального выращивания эмбрионов мышей и их влияние на возможность развития эмбрионов человека in vitro из соматических клеток человека.

Автор акцентирует внимание на этических вопросах выращивания эмбрионов человека вне организма с точки зрения социальных и психологических аспектов.

ABSTRACT

In the article the author considers innovations in the field of reproductive science. The article highlights research on methods of extracorporeal cultivation of mouse embryos and their influence on the possibility of developing human embryos in vitro from human somatic cells.

The author focuses on the ethical issues of growing human embryos outside the body from the point of view of social and psychological aspects.

Ключевые слова: соматическая клетка, сперматозоид, яйцеклетка, матка, ген, геном, эксперимент, эмбрион.

Keywords: somatic cell, sperm, egg, uterus, gene, genome, experiment, embryo.

Успешное рождение первого ребенка в результате экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) Луизы Браун в 1978 году вызвало опасения по поводу потенциала этой новомодной технологии. В ответ на это было создано «Управление по эмбрионам и оплодотворению человека» (HFEA), которое возглавила известный философ Мэри Уорнок.

С момента своего создания HFEA регулирует использование человеческих эмбрионов в лабораториях. Они установили срок хранения эмбрионов после оплодотворения – 14 дней. Однако в 2021 году было опубликовано исследование, изменившее правила игры.

Полностью сформированные эмбрионы мышей были выращены в стеклянных бутылках в лаборатории, преодолев планку ранее возможного роста. Эти эмбрионы были выращены полностью без матки, поэтому возникает вопрос, можно ли это сделать с человеком? И как с моральной точки зрения стоит относиться к эмбриону, который не родился от человека? Где провести этическую черту?

В обычных условиях эмбрион млекопитающего начинает вырабатывать клетки для своего развития через пару дней после оплодотворения. Можно представить это как воздушный шар с шариками: клетки, составляющие внешнюю оболочку эмбриона называют трофэктодермой. Он образует плаценту и оболочки, которые окружают формирующийся плод, и необходимы для имплантации эмбриона в эндометрий матки и начал развиваться. Тем временем собственные клетки зародыша («шарики») станут плодом.

До этого зародыши мышей, выращенные в лаборатории, останавливались в развитии на третий или четвертый день после оплодотворения, так как не было субстрата для имплантации. Но Jacob Hanna’s group из Научного Института Вейцмана нашли способ решения проблемы. Они выращивали эмбрионы в центрифуге с пробирками в жидкости с питательными веществами с системой мониторирования кислорода и атмосферного давления [1, с. 6]. Кроме развития органов у эмбрионов были также зачатки развития конечностей и наличие сердцебиения. Развитие этих эмбрионов ушло далеко за половину обычного периода беременности мышей и открывает способы для новых экспериментов в эмбриологии, особенно вместе с возможностью редактирования генома [3, с. 254].

Четыре года назад Хэ Цзянькуй, бывший исследователь Южного университета науки и технологий, публично объявил, что создал первого в мире человеческого ребенка с отредактированным геномом, используя инструмент редактирования генов CRISPR-Cas9. Цзянькуй утверждает, что модифицировал ген CCR5 в человеческих эмбрионах посредством экстракорпорального оплодотворения. Изменения в этом гене приводят к устойчивости к ВИЧ-инфекции. Однако работа Цзянькуй с человеческими эмбрионами без доказательств риска заражения ВИЧ вызвала общественное и научное возмущение.

Эксперименты Ханны и его коллег не проводились с использованием человеческих эмбрионов. Но научная шумиха вокруг работы Цзянькуя все еще не прекращена, и работа привлекает внимание общественности к роли исследования эмбрионов в биомедицинских лабораториях. Технически невозможно выращивать человеческие эмбрионы вне матки. Одним из препятствий является то, что у людей период беременности гораздо дольше, чем у мышей. Однако, учитывая текущую мощность и простоту редактирования генов CRISPR-Cas9 и его функциональность, разумно думать, что наступит день, когда отредактированный эмбрион можно будет полностью извлечь из организма.

Редактирование генома, включая геном человека, осуществляется одним из двух способов. Во-первых, это использование соматических клеток. Это нормальные клетки, составляющие большинство клеток организма, включая органы и ткани. Вторая – зародышевая линия. Это относится к конкретным типам клеток, необходимых для размножения. Яйцеклетки для женщин, сперма для мужчин. Это уникальные клетки, способные формировать следующее поколение. Измененные гены в этих клетках передаются от родителей потомству.

Следовательно, редактирование генов соматических клеток остается только у конкретного человека. И наоборот, изменения в половых клетках передаются и наследуются следующему поколению. На самом деле, это поднимает много этических вопросов. Можем ли мы редактировать гены соматических клеток, зная, что они не будут переданы по наследству? Или можем ли мы вносить изменения в половые клетки, если это будет передано следующему поколению без их согласия?

Еще одна быстро развивающаяся область репродуктивной биологии — способность генерировать яйцеклетки и сперматозоиды полностью in vitro. Эта технология теоретически позволяет завершить весь репродуктивный процесс вне человека. В отличие от других соматических клеток, которые имеют две копии каждого гена и называются «диплоидными», сперматозоиды и яйцеклетки имеют только одну копию каждой хромосомы и называются «гаплоидными». Эти различия в содержании ДНК создают технические проблемы при создании зародышевых клеток в лаборатории. Но если ученые смогут надежно воспроизвести зародышевые клетки в чашках Петри и выяснить, как соматические клетки могут потерять по одной копии каждой хромосомы и нормально развиваться вне яичников и семенников, эти проблемы можно будет преодолеть.

Группа под руководством Мичинори Сайто из Киотского университета разработала первый протокол для создания предшественников зародышевых клеток in vitro в 2011 году. Используя сложный раствор питательных веществ, половых гормонов и белков роста, они смогли вызвать трансформацию стволовых клеток мыши, подобные зародышевым клеткам. Когда клетки, подобные зародышевым клеткам, были трансплантированы в яички и яичники мышей, они превратились в сперму и яйцеклетки. С тех пор группа расширила условия культивирования, чтобы увеличить пределы роста сперматозоидов в чашках Петри. Эти спермоподобные клетки можно было вручную вводить в яйцеклетки и переносить в матку мышей, после чего рождались здоровые дети. Также проводятся эксперименты по форсированию стволовых клеток с использованием кожи человека. Эти клетки, как и зародышевые клетки человека, никогда не трансплантировались человеку [2, с. 520].

В 2017 году группа под руководством Джеймса Тернера из Института Фрэнсиса Крика собрала клетки кожи мышей с тремя аномальными копиями определенных частей генома ДНК. Это состояние называется трисомией. Трисомия вызывает такие расстройства, как синдром Дауна и синдром Клайнфельтера, бесплодие. Трисомные клетки кожи культивировали в чашках, наполненных жидкостью, наполненных смесью различных питательных веществ, изменяя свойства клеток, превращая их в стволовые клетки. Это открывает перед исследователями один из способов преобразования диплоидных клеток в гаплоидные сперматиды с использованием метода, разработанного Сайтоу и его коллегами. Спермоподобные клетки успешно оплодотворили яйцеклетки и развились в здоровых мышей. Эти исследования проложили путь к использованию перепрограммированных клеток кожи, чтобы помочь бесплодным людям иметь детей [4, с. 2].

Учитывая разработки в области выращенных в лаборатории сперматозоидов и яйцеклеток, с моей стороны было бы недостатком не учитывать самоидентификацию в качестве аргумента в пользу того, что правильно в репродуктивной науке. Если бы человек полностью рос в чашке, созданной из выращенных в лаборатории яйцеклеток и сперматозоидов, на протяжении всего эмбрионального развития до готовности к «рождению», мог бы он чувствовать себя лишенным идентичности? Семейных связей? Если родители представляют собой клетки кожи, которые были научно перепрограммированы в новые клетки, кого они считают истинными «биологическими родителями»? Мы должны найти способ сбалансировать эти научные достижения с нашей потребностью в самоощущении.

В этих технологических возможностях репродуктивной науки заложен огромный потенциал и сила. То, как мы решаем, что является этически правильным или неправильным, в конечном счете, зависит от общественности, ученых и регулирующих органов. Но как определить, что делает нас по-настоящему людьми?

Список литературы:

1. Aguilera-Castrejon, A. Ex utero mouse embryogenesis from pre-gastrulation to late organogenesis / A. Aguilera-Castrejon // Nature. – 2021. № 593. – P. 11.
2. Hayashi, K., Ohta, H., Kurimoto, K., Aramaki, S. & Saitou, M. Reconstitution of the Mouse Germ Cell Specification Pathway in Culture by Pluripotent Stem Cells // Cell. – 2011. № 146. – P. 519-532.
3. Irie, N. et al. SOX17 Is a Critical Specifier of Human Primordial Germ Cell Fate // Cell. – 2015. № 160. – P. 253-268.
4. Hirota, T. et al. Fertile offspring from sterile sex chromosome trisomic mice // Science. – 2017. № 357. – P. 25.