Livet starter med et befruktet egg som utvikler seg i en livmor. Eller?

I en ny studie utfordrer forskere biologiens spilleregler.

Forskere ved Weizmann Institute i Israel har laget det de kaller for syntetiske embryoer.

De startet med stamceller dyrket i en petriskål. Cellene ble satt inn i en roterende maskin. Der utviklet stamcellene seg til museembryoer med bankende hjerter, starten på en hjerne og et fordøyelsessystem.

– Dette er en viktig milepæl i vår forståelse av hvordan embryoer bygger seg selv, sier Alfonso Martinez Arias, utviklingsbiolog ved Pompeu Fabra University i Barcelona til The Washington Post. Han har ikke deltatt i studien.

Embryoene vokste tilnærmet normalt i åtte dager, litt under halvparten av svangerskapsperioden til en mus.

– Et gjennombrudd

Sigrid Bratlie er spesialrådgiver i Kreftforeningen og har tidligere jobbet i flere år i Bioteknologirådet. Hun synes forskningen er imponerende.

– De har gjort to banebrytende ting samtidig. Det ene er å lage noe som ligner et embryo, uten å bruke kjønnsceller. Det andre er å klare å få embryoet til å vokse uten en livmor.

Bratlie sier at studien først og fremst er et forsknings- og metodemessig gjennombrudd.

Det er fortsatt mer å lære om hva som skjer ved livets begynnelse. Dette har vært vanskelig å studere. Med en gjennomsiktig kunstig livmor blir det lettere.

– Det kan bidra til mer forståelse av hvordan celler samarbeider når de skal finne plassen sin i et embryo. Hvilke celler gjør hva og hvilke er nødvendige for å lage et embryo?

Metoden kan også bli et nytt steg på veien mot å dyrke erstatningsorganer til mennesker.

Tre grupper med celler

I den nye studien startet forskerne med embryonale stamceller. De kan utvikle seg til alle typer celler i kroppen.

Embryonale stamceller tas ut av et befruktet egg. Deretter kan vokse og dele seg i en skål på laboratoriet i årevis, uten at de blir til andre typer celler, ifølge Bioteknologirådet.

Forskerne delte stamceller inn i tre grupper. Den første gjorde de ingenting med. De to andre gruppene ble behandlet kjemisk i to døgn slik at de skulle slå på gener for å lage morkake og plommesekk. Det er vev som må til for at et embryo skal utvikle seg.

– Naturlig embryoutvikling starter med en klump med tilsynelatende like celler. Så organiserer de seg i ulike grupper som blir disse tre vevene på egen hånd. Forskerne måtte altså hjelpe til litt for å få til den samme prosessen, sier Bratlie.

De tre cellegruppene ble satt inn sylindere med næringsmedium i en maskin.

Kunstig livmor

Maskinen fungerte ved at den roterte sylinderne hele tiden. Dette skal etterligne måten næringsstoffer tilføres gjennom mors blod til morkaken, ifølge en pressemelding fra Weizmann Institute.

Samtidig sørger maskinen for riktig oksygentilførsel og trykk.

Forskerne har utviklet den kunstige livmoren i sju år. De har tidligere vist at maskinen kan holde liv i naturlige embryoer i flere dager. Embryoene var da tatt ut fra drektige mus. Studien ble publisert i Nature i 2021.

Organiserte seg selv

Da de tre cellegruppene ble satt inn i maskinen, begynte de snart å finne hverandre og danne små klumper.

Deretter skjedde ting av seg selv. Noen av celleklumpene begynte å danne alt som skal til for å lage en ny mus.

– Dette er, så vidt jeg vet, første gang man har lyktes med å dyrke frem både plommesekk, morkake og en embryolignende struktur fra cellekultur, sier Bratlie.

Mange mislykkede forsøk

De fleste forsøkene ble imidlertid mislykket. 50 av rundt 10.000 små klumper gikk videre til å bli embryolignende strukturer. Det tilsvarer 0,5 prosent.

I de vellykkede forsøkene hadde de syntetiske embryoene stor likhet med naturlige museembryoer på samme alder.

På dag åtte hadde de begynt å utvikle en velformet hjerne, et fordøyelsessystem, hale, et bankende hjerte og forløpere til andre organer. Organene så ut å være funksjonelle, ifølge pressemeldingen.

– Vi fant ut at disse cellene har en utrolig evne til selvorganisering som kan slippes løs hvis de får de riktige kunstige betingelsene, sier Jacob Hanna, lederen av studien til STAT, en nettavis om helsevitenskap.

Ikke helt identiske

Likevel var de syntetiske museembryoene noe forskjellig fra de som er laget på naturlig vis.

Genuttrykk i forskjellige celler og formen på indre strukturer var 95 prosent lik naturlige embryoer.

– De oppførte seg i stor grad som embryoer. Men selv små forskjeller kan være vesentlige, og derfor er det også noen tekniske begrensninger i at de ikke er helt identiske. Men så lenge de syntetiske embryoene kun skal brukes til forskning, så har ikke det så mye å si, sier Bratlie.

Embryoene sluttet å utvikle seg på dag åtte av 20. Årsaken er ukjent, men forskerne håper å komme over denne barrieren senere, skriver Science.

Kloner?

Embryoene var ikke kloner. Stamcellene kom fra egg som var befruktet en gang, forklarer Sigrid Bratlie.

Dersom man hadde fått til samme fremgangsmåte med induserte pluripotente stamceller, ville embryoene vært kloner.

Det er fordi denne typen stamceller kommer fra kroppsceller fra et individ, for eksempel hudceller. De er så blitt programmert til å bli stamceller igjen – som på en måte er å skru klokka tilbake i cellenes utvikling.

Slike celler brukes blant annet til å lage minihjerner på laboratoriet.

Trenger ikke starte med et befruktet egg

En fordel ved å bruke den nye metoden, er at embryonale stamceller kan dyrkes i hopetall. Man trenger ikke bruke et nytt befruktet egg i hvert forsøk når en skal forske på embryoer.

– Det er noen praktiske og etiske utfordringer med bruk og kast av befruktede egg. Det gjelder både hos dyr, men særlig i forskning på mennesker, sier Bratlie.

Det vil være verdifullt om man kan bruke den nye metoden på menneskeceller, tror Bratlie. Selv om embryoutviklingen hos mennesker ligner på det som skjer hos mus, og mus ofte brukes som forskningsmodell for mennesker, er det også viktige forskjeller som kun kan studeres i menneskeceller.

Det er i tillegg andre anvendelser av forskningen som kan bli ganske interessant etter hvert, sier Bratlie.

– Det er blant annet å kunne dyrke fram ulike type celler som kan være kilde til organer.

Lager cellene som trengs i et organ

– Embryoet er den beste organfremstillingsmaskinen og den beste 3D-bioprinteren, sier Jacob Hanna i pressemeldingen.

I et syntetisk embryo organiserer cellene seg selv og lager alle celletypene som trengs for å danne en lever eller et hjerte. Det kan da være mulig å ta ut celler man trenger for å dyrke et organ på laboratoriet.

– Det er ulike tilnærminger. Noen prøver å dyrke et organ nærmest fra start i en petriskål. Det er veldig vanskelig å få til. Andre prøver med for eksempel en 3D- printer, slik at du får den tredimensjonale strukturen. Atter andre ønsker å bruke stamcellene til å dyrke organer i dyr, sier Bratlie.

• Les også: Grisunger med apeceller er født for første gang

Løsrivelse fra naturen

Forskingsfeltet er ikke uten potensielt etisk problematiske sider.

– Ikke når det gjelder denne studien i seg selv. Men dette er ett av mange fremskritt innen bioteknologi som til sammen gjør at vi ser at vi går lenger og lenger mot å kunne løsrive reproduksjonen fra naturens måte å gjøre det på, sier Bratlie.

Det er ikke nødvendigvis bare dårlig, sier hun.

– Assistert befruktning var kjempekontroversielt når det kom på slutten av 70-tallet. Overskriftene i media omtalte dette nærmest som den neste atombomben.

– Man var helt forferdet over at det gikk an å lage et menneske i et «prøverør». Men det er hverdagslig i dag. Det å finne nye teknologier som kan hjelpe barnløse, tenker jeg er positivt.

Nødvendig med nye reguleringer

Den nye studien er først og fremst en ny metode for å studere embryoutvikling. Foreløpig er det langt frem til at man eventuelt kan lage et barn uten hverken egg, sædceller eller livmor.

Men det går an å se for seg at det blir teknisk mulig en gang, etter hvert som det kommer nye gjennombrudd innen bioteknologi.

Sigrid Bratlie mener at feltet beveger seg fort fremover og at det blir nødvendig med nye reguleringer, både innen forskning på embryoer og i bioteknologilovgivning.

– Jeg tror at bioteknologi, ikke bare på dette området, men på mange områder, vil snu opp ned på livets spilleregler. Derfor må man ta høyde for det i politikk og regelverk framover.

Referanse:

Shadi Tarazi, m. fl.: «¬Post-Gastrulation Synthetic Embryos Generated Ex Utero from Mouse Naïve ESCs», Cell, 1. august 2022.