בהישג פורץ דרך, חוקרים במכון ויצמן פיתחו בהצלחה מודל מלאכותי של עובר אנושי בשלב התפתחותי המקביל ליום 14 בעובר טבעי. ההישג המדהים הזה מציע תובנות חדשות לגבי השלבים המוקדמים של ההתפתחות העוברית ויש לו השלכות משמעותיות על תחומי המדע והרפואה.
שכפול המבנה הייחודי של עוברים אנושיים מוקדמים
מה מייחד אוסף של תאים המתפתחים בצלחת מעבדה מעובר אנושי בשלביו הראשונים? מהיום השביעי ואילך, התאים שנועדו להפוך לאדם מתחילים ליצור מבנה מאורגן, תוכנית שמכוונת את התפתחותם בהמשך במהלך החודשים הבאים.
במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת Nature, חוקרים במכון ויצמן למדע מתארים כיצד הצליחו לשחזר את המבנה הייחודי הזה וליצור מודלים מלאכותיים של עוברי אדם. על ידי שימוש בתאי גזע אנושיים, הצוות הצליח לגדל מודלים אלה מחוץ לרחם עד ליום ה-14. מודלים מלאכותיים אלה מחקים נאמנה את העוברים המקוריים, וכוללים את כל הרכיבים המבניים והמערכות הדרושים האופייניות לשלב זה, כולל השליה, שק החלמון שק מי השפיר ורקמות חיצוניות אחרות החיוניות להתפתחות תקינה.
התקדמות במודלים
בעוד שמחקרים קודמים יצרו אשכולות של תאים מתאי גזע אנושיים, הם לא היו מוכרים כמודלים נאמנים של עוברים אנושיים. בניסיונות קודמים אלה חסרו סוגי תאים חיוניים הדרושים להתפתחות עוברית תקינה, כמו השכבה החיצונית של התאים שבסופו של דבר יוצרים את השליה ושק השפיר. בנוסף, המודלים הקודמים חסרו את הארגון המבני הייחודי וסימנים דינמיים המעידים על התקדמות לשלב ההתפתחותי הבא.
החוקרים במכון ויצמן, בראשות פרופ’ יעקוב חנא במחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון יצר את המודלים המלאכותיים מתאי גזע אנושיים וגידל אותם מחוץ לרחם עד יום 1. בהשראת הצלחתם עם מודלים של עוברי עכברים, הצוות השתמש רק בתאי גזע שהוחזרו למצבם הראשוני המוקדם כדי לפתח את המודלים האנושיים. המאפשר לתאי הגזע להתמיין לכל סוגי התאים והרקמות, בדומה לשלב ההשתרשות של עובר אנושי טבעי בדופן הרחם.
תהליך יצירת עוברים אנושיים מלאכותיים
צוות המחקר חילק את תאי הגזע לשלוש קבוצות. הקבוצה הראשונה נותרה ללא שינוי ויצרה את העובר הראשוני, בעוד ששתי הקבוצות האחרות טופלו בכימיקלים ספציפיים כדי לשפר את הביטוי של גנים הדרושים לפיתוח שלושת סוגי הרקמות החוץ-עובריות התומכות בצמיחה עוברית. רקמות אלו כוללות את השליה, שק החלמון ושק השפיר. התאים משלוש הקבוצות עורבבו לאחר מכן בתנאי מעבדה ייחודיים, מה שהוביל ליצירת צבירי תאים. באופן מדהים, רק כ-1% מצבירי התאים הללו התפתחו למבנים דמויי עובר בתהליך הרכבה עצמית ספונטני. פרופ’ חנה מסבירה שהמודלים דמויי העובר פשוט רוצים להתפתח וכאשר מספקים להם את התנאים הנכונים הם משגשגים ומתקדמים.
חשיפת השלבים המוקדמים של התפתחות עוברית אנושית
ליצירת מודלים אמינים של התפתחות עוברית מוקדמת יש חשיבות מדעית ורפואית משמעותית. נכון לעכשיו, קיים ידע מוגבל על השלבים המוקדמים ביותר של התפתחות עוברים אנושיים עקב מגבלות אתיות וקשיים טכניים. מודלים מלאכותיים אלה מציעים דרך ערכית ואתית להשיג תובנה לגבי התהליך ה”קדמוני” המסתורי הזה. פרופ’ חנה מציינת כי החודש הראשון להתפתחות העובר האנושי מכין את הקרקע לשמונה חודשי ההיריון הנותרים. על ידי חיקוי מדויק של התפתחות העובר והמבנים המורכבים שלו, מודלים אלה מספקים הזדמנות ייחודית ללמוד ולהבין את תחילת ההתפתחות העוברית.
גישת החוקרים מתבססת על שנים של מחקרים קודמים, כולל בידוד תאי גזע במצב נאיבי, מרכיב מכריע להצלחת מודלים אותנטיים של עוברים. לפריצת דרך זו יש פוטנציאל להניע אפיקי מחקר שונים, כגון חקירת הגורמים למומים מולדים ובעיות פוריות, פיתוח טכנולוגיות להשתלת רקמות ואיברים, ומתן אלטרנטיבות לבדיקת השפעות התרופות על התפתחות העובר, שאם לא כן היו דורשות ניסויים בנושא עוברים אנושיים.
במהלך עבודתם הנוכחית, המדענים כבר גילו תגלית משמעותית הקשורה לאובדן הריון מוקדם, כולל מקרים בהם האישה אולי אפילו לא מודעת להיותה בהריון. על ידי התבוננות בארגון המרחבי הנכון של תאים המולידים את השליה ביום השלישי להתפתחות המודל המלאכותי (המקביל ליום 10 בעוברים טבעיים), הם גילו שכל חריגה במראה שלהם מעידה על התפתחות עוברית לא תקינה. לממצא זה יש פוטנציאל לשפוך אור על הפלות מוקדמות ומומים מולדים המתרחשים בשלבים מכריעים אלו.
