Wanasayansi wameiga mchakato wa asili wa ukuaji wa kiinitete cha mamalia kwenye maabara hadi kiwango cha ukuaji wa ubongo na moyo. Kwa kutumia seli shina, watafiti waliunda viinitete vya panya vilivyotengenezwa nje ya uterasi ambavyo vilirejelea mchakato wa asili wa ukuaji kwenye tumbo la uzazi hadi siku ya 8.5. Hii ni hatua muhimu katika baiolojia sintetiki. Katika siku zijazo, hii itaongoza masomo juu ya viinitete vya synthetic vya binadamu, ambavyo kwa upande wake inaweza kuchangia maendeleo na utengenezaji wa sintetiki viungo kwa wagonjwa wanaosubiri kupandikizwa.
Kiinitete kwa kawaida hueleweka kama hatua ya ukuaji wa kati katika hali ya asili inayofuatana ya uzazi inayoanzishwa na manii kukutana na yai na kuunda zygote, ambayo hugawanyika na kuwa kiinitete, ikifuatiwa na ukuaji ndani ya fetasi na mtoto mchanga baada ya kukamilika kwa ujauzito.
Maendeleo katika seli ya kiinitete uhamisho wa nyuklia aliona mfano wa kuruka hatua ya utungisho wa yai na manii. Mnamo mwaka wa 1984, kiinitete kiliundwa kutoka kwa yai ambalo kiini chake cha asili cha haploid kilitolewa na kubadilishwa na kiini cha seli ya kiinitete cha wafadhili ambayo ilifanikiwa kukuzwa kwa njia ya uzazi ili kuzaa kondoo wa kwanza aliyeumbwa. Kwa ukamilifu wa Uhamisho wa Nyuklia wa Kiini cha Somatic (SCNT), Dolly kondoo aliundwa mnamo 1996 kutoka kwa seli ya watu wazima waliokomaa. Hiki kilikuwa kisa cha kwanza cha kuunganishwa kwa mamalia kutoka kwa seli ya watu wazima. Kesi ya Dolly pia ilifungua uwezekano wa maendeleo ya seli za shina za kibinafsi. Katika visa vyote viwili, manii haikutumiwa, hata hivyo ni yai (pamoja na kiini kilichobadilishwa) ambacho kilikua na kuwa kiinitete. Kwa hivyo, viinitete hivi bado vilikuwa vya asili.
Je, viinitete vinaweza kuundwa bila hata yai kuhusika? Ikiwa ndivyo, viinitete kama hivyo vingeundwa kwa kadiri ambayo hakuna gamete (seli za ngono) ambazo zingetumiwa. Siku hizi, viinitete kama hivyo (au 'kama-kiinitete' au viinitete) hutengenezwa mara kwa mara kwa kutumia seli shina za Kiinitete (ESC) na kukuzwa. vitro katika maabara.
Miongoni mwa mamalia, panya huchukua muda mfupi (siku 19-21) kuzaa, jambo ambalo hufanya kiinitete cha panya kuwa kielelezo rahisi cha utafiti. Kwa jumla, kipindi cha kabla ya kupandikiza ni takriban siku 4-5 huku siku 15 zilizobaki (karibu 75% ya jumla) ni upandikizaji baada ya kupandikizwa. Kwa ukuaji wa baada ya kupandikizwa, kiinitete kinapaswa kupandikizwa ndani ya uterasi na hivyo kuifanya isiweze kufikiwa na uchunguzi wa nje. Utegemezi huu wa uterasi ya mama huweka kizuizi katika uchunguzi.
Mwaka wa 2017 ulikuwa muhimu katika historia ya utamaduni wa kiinitete cha mamalia. Juhudi za kuunda viinitete vya panya vilivyotengenezwa vilijazwa wakati watafiti walionyesha wazi kuwa seli za shina za embryonic zina uwezo wa kujikusanya na kujipanga. vitro kutoa miundo kama kiinitete ambayo inafanana na viini vya asili kwa njia muhimu1,2. Hata hivyo, kulikuwa na mapungufu yaliyotokana na uterasi vikwazo. Ni utaratibu wa kitamaduni kabla ya kupandikizwa kiinitete vitro lakini jukwaa lolote thabiti la utamaduni wa zamani wa kiinitete cha panya baada ya kupandikizwa (kutoka hatua za silinda ya yai hadi organogenesis ya hali ya juu) halikupatikana. Mafanikio ya kushughulikia hili yalikuja mwaka jana mnamo 2021 wakati timu ya utafiti iliwasilisha jukwaa la utamaduni ambalo lilikuwa na ufanisi kwa ukuaji wa baada ya kupandikizwa kwa kiinitete cha panya nje ya uterasi ya mama. Kiinitete kilichokuzwa kwenye mfumo huu wa utero wa kizazi kilipatikana kwa kujirejelea in mfuko wa uzazi maendeleo3. Ukuaji huu ulishinda vizuizi vya uterasi na kuwezesha watafiti kuelewa vyema mofojenesisi ya baada ya kupandikizwa na hivyo kusaidia mradi wa kiinitete sanisi kufikia hatua ya juu.
Sasa, vikundi viwili vya utafiti vimeripoti kukua kwa kiinitete cha panya sintetiki kwa siku 8.5 ambayo ni ndefu zaidi hadi sasa. Hii ilikuwa ndefu ya kutosha kwa tofauti viungo (kama vile mapigo ya moyo, mirija ya utumbo, mkunjo wa neva n.k) kuwa na maendeleo. Maendeleo haya ya hivi punde ni ya ajabu kweli.
Kama ilivyoripotiwa katika Kiini tarehe 1 Agosti 2022, timu ya utafiti ilizalisha viinitete vilivyotengenezwa vya panya kwa kutumia Seli za Shina za Kiinitete (ESCs) zisizojua tu nje ya uterasi ya mama. Walikusanya seli shina na kuzichakata kwa kutumia jukwaa la utamaduni lililoundwa hivi majuzi kwa muda mrefu ex-uterasi ukuaji wa kupata kiinitete kizima kilichotengenezwa baada ya gastrulation na sehemu za embryonic na extraembryonic. Kiinitete cha syntetisk kilipata mafanikio ya kuridhisha kwa hatua ya siku 8.5 ya viinitete vya panya. Utafiti huu unaangazia uwezo wa seli nyingi zisizo na ufahamu kujikusanya na kujipanga na kutoa mfano wa kiinitete kizima cha mamalia zaidi ya kuvunjika kwa tumbo.4.
Katika utafiti wa hivi majuzi uliochapishwa katika Nature mnamo tarehe 25 Agosti 2022, watafiti walitumia seli shina za nje ya kiinitete pia kupanua uwezo wa ukuaji wa seli za shina za kiinitete (ESC). Walikusanya viinitete vya syntetisk katika vitro kwa kutumia ESC za panya, TSCs na seli za iXEN ambazo zilirejesha ukuaji wa asili wa kiinitete cha kipanya kwenye uterasi hadi siku ya 8.5. Kiinitete hiki sanisi kilikuwa kimefafanua maeneo ya ubongo wa mbele na ubongo wa kati, muundo unaofanana na moyo unaodunda, shina linalojumuisha mirija ya neva, kichipukizi cha mkia kilicho na vizazi vya neuromesodermal, mirija ya utumbo, na seli za vijidudu vya awali. Jambo lote lilikuwa ndani ya mfuko wa ziada wa kiinitete5. Kwa hivyo, katika utafiti huu organogenesis ilikuwa ya hali ya juu zaidi na ya kustaajabisha zaidi kutokana na utafiti ulioripotiwa katika Kiini tarehe 1 Agosti 2022. Pengine, matumizi ya aina mbili za seli shina za ziada za kiinitete ziliimarisha uwezo wa ukuaji wa seli shina za kiinitete katika utafiti huu. Jambo la kufurahisha ni kwamba, Seli za Shina za Kiinitete (ESCs) pekee ndizo zilizotumiwa katika utafiti wa awali.
Mafanikio haya ni ya ajabu sana kwani hii ndiyo hatua ya mbali zaidi kufikia sasa katika tafiti kuhusu viinitete vya mamalia vilivyotengenezwa. Uwezo wa kuunda ubongo wa mamalia umekuwa lengo kuu la biolojia ya syntetisk. Kuunda upya mchakato wa asili wa ukuaji wa kiinitete baada ya kupandikizwa katika maabara hushinda kizuizi cha uterasi na hufanya iwezekane kwa watafiti kusoma hatua za awali za maisha ambazo kwa kawaida hufichwa kwenye uterasi.
Licha ya masuala ya kimaadili, mafanikio katika tafiti kuhusu kiinitete cha kutengeneza panya yataongoza tafiti kuhusu viinitete vya binadamu katika siku za usoni ambazo zinaweza kuleta maendeleo na utengenezaji wa viungo vya sanisi kwa wagonjwa wanaosubiri upandikizaji.
***
Marejeo:
- Harrison SE et al 2017. Mkutano wa seli za shina za embryonic na extraembryonic ili kuiga embryogenesis in vitro. SAYANSI. 2 Machi 2017. Vol 356, Toleo la 6334. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aal1810
- Warmflash A. 2017. Viini-Sintetiki: Windows ndani ya Ukuzaji wa Mamalia. Seli ya shina ya seli. Juzuu 20, Toleo la 5, 4 Mei 2017, Kurasa 581-582. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2017.04.001
- Aguilera-Castrejon, A., et al. 2021. Ex utero mouse embryogenesis kutoka kabla ya gastrulation hadi organogenesis marehemu. Asili 593, 119-124. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03416-3
- Tarazi S., na el 2022. Viinitete vilivyotengenezwa baada ya kugandisha tumbo vilivyotolewa kwenye mfuko wa uzazi kutoka kwa ESC zisizo na kipanya. Kiini. Iliyochapishwa: 01 Agosti 2022. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.028
- Amadei, G., et al 2022. Viinitete vya syntetisk ugastrulation kamili wa neurulation na organogenesis. Iliyochapishwa: 25 Agosti 2022. Asili. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05246-3
***
