I staje się życie. Jak i po co buduje się modele zarodków

Karolina Głowacka: Czy Pani potrafi tworzyć sztuczne życie?

Magdalena Żernicka-Goetz: Nie, nie, to nie tak. Wiem, że w świat poszło, jakobyśmy mieli stworzyć „sztuczny zarodek”. To dlatego, że w artykułach w anglojęzycznej prasie nie mieliśmy możliwości autoryzacji, stąd wkradły się nieścisłości. Udało nam się zbudować – i to jest wielki sukces – struktury zarodkopodobne. Owszem, bardzo podobne do zarodków, ale nie identyczne. Nie byłyby w stanie  przeżyć i rozwinąć się w człowieka. Sensacyjny ton nadany naszym badaniom był niesłuszny. Cieszę się, że mogę to sprostować.

Czyli to modele ludzkiego zarodka, a nie embriony jako takie. Ale nadal fascynujące jest, jak udało Wam się to zrobić?

Budujemy je z komórek macierzystych, czyli takich, które nie „dojrzały” jeszcze do spełniania konkretnej funkcji w organizmie – np. przekazywania sygnałów nerwowych, wydzielania hormonów czy transportu tlenu. Komórki macierzyste to nasze cegiełki. Modyfikujemy je genetycznie, żeby tworzyły nie tylko zarodek, ale też rozwinęły się w kierunku tkanek łożyska i pęcherzyka, w którym zarodek żyje. Dzięki temu łączymy trzy różne typy komórek, które na siebie wpływają, podobnie jak to się dzieje w naturze. Zaczynają się samoorganizować w strukturę, która przypomina zarodek, chociaż jest od niego bardzo daleka swoim wyglądem. To są takie same modele, jak modele organów, które nazywamy organoidami: mózgu, nerki czy płuc. Zresztą, używamy też takiego określenia: embroids, czyli embrioidy.

Jesteśmy pionierami w tej dziedzinie, bo byliśmy pierwszym laboratorium, które zaczęło takie struktury zarodkopodobne tworzyć, ale trzeba powiedzieć, że tylko w ciągu tego roku zostało opublikowanych siedem podobnych modeli. I żaden z nich nie jest zarodkiem.

Właśnie miałam o to pytać, bo o Państwa badaniach dowiedzieliśmy się w czerwcu 2023 r., a we wrześniu głośno było o podobnych wynikach Instytutu Naukowego Weizmanna.

O grupie z Weizmanna było dość głośno, bo w Izraelu mają bardzo sprawne zespoły prasowe, chyba lepsze niż w Polsce czy w Cambridge. Pierwsze były prace mojego zespołu oraz mojej byłej doktorantki w Cambridge. Obie zostały opublikowane w czerwcu tego roku w „Nature”. Wtedy stało się o nich szalenie głośno. Wywołały dużo komentarzy: pozytywnych, ale też dużo zdystansowanych, pełnych niepokoju, czy nauka nie idzie za daleko.

Rozwój technologii w biologii jest w ostatnich latach niesamowity. Ale ja uważam, że modele zarodkopodobne z komórek macierzystych nie budzą zagrożeń. Bardzo wiele dzieci rodzi się teraz metodą sztucznego zapłodnienia. Tego też kiedyś niektórzy się obawiali, ale na szczęście te obawy nie zahamowały postępu w biologii. Modele zarodkopodobne również pomogą w przyszłym rodzicielstwie, bo będą ogromnie pomocne dla zrozumienia, dlaczego tak wiele zarodków obumiera na wczesnych etapach ciąży.

Jaki to odsetek?

Badania wskazują, że około 70 proc. ciąż nie kończy się porodem zdrowego dziecka. Uważa się, że 30 proc. zarodków obumiera w pierwszym tygodniu, a kolejne 30 proc. w drugim tygodniu. Tylko 10 proc. to poronienia, o których wiemy!

Czyli wiele z nas mogło być w ciąży i nawet o tym nie wiedzieć?

Tak. I to jest naprawdę niesłychane!

Tak musi być?

Niekoniecznie. Uważa się, że większość tych zarodków byłaby w stanie przeżyć i ciąża mogłaby przebiegać pomyślnie. Niestety, jeszcze wiele nie wiemy o wczesnych etapach nowego życia, więc i ciąży; o procesie implantacji, w którym zarodek i matka muszą współgrać. Zrozumienie mechanizmów tego najwcześniejszego etapu jest jednym z głównych celów moich badań.

Czy tak duża liczba utraconych ciąż to problem Homo sapiens, czy to jest rzecz naturalna u ssaków?

Większość badań odbywa się na zarodkach myszy, a te rozwijają się świetnie. Nie wszystkie przeżywają okres implantacji, ale np. przedimplantacyjny etap rozwoju mysiego zarodka jest bardzo łatwy i rzadko pojawiają się jakieś zaburzenia. Tyle mogę powiedzieć na pewno. Czy to jest problem typowo ludzki? Nie wiemy.

A co z bliższymi nam zwierzętami – małpami? Czy nie lepiej badać ich zarodki?

Możemy to robić od niedawna. Siedem lat temu opisaliśmy w „Nature” metodę hodowli zarodków ludzkich i ostatnio została ona wykorzystana przez innych naukowców do hodowli zarodków naczelnych.

Rodzice decydujący się na metodę in vitro mogą przekazać w darze nauce zarodki, które nie zostaną wykorzystane. Ale ich obserwacja musi się zakończyć po 14 dniach rozwoju. Czy w przypadku modeli embrionów ta granica będzie wydłużana?

Tak. Jeden z modeli był hodowany przez 21 dni. To jedna z zalet badania embrioidów, a nie embrionów.

Natomiast pytania zaczną się pojawiać w momencie, kiedy modele staną się doskonalsze. Czy trzeba będzie regulować badania nad nimi tak samo, jak na ludzkich zarodkach? Nie jestem pewna, bo to zależy od wielu czynników. Dyskusje już trwają.

Obecnie, po 14 dniach zarodek musi zostać zniszczony. Czy nie lepiej pozwolić mu rozwijać się w celach badawczych? Wydaje mi się, że to poważny dylemat etyczny.

Tak, to jest poważny dylemat. Trwają dyskusje, czy możliwość takich badań powinna być przedłużona, i jeśli tak, to czy powinien to być dzień 21.

Trzeba też wiedzieć, że badania nad ludzkimi zarodkami mają wiele ograniczeń, nie tylko dotyczących czasu, ale też tego, że po prostu jest ich bardzo mało. Nie mogą to być zarodki stworzone dla nauki, tylko podarowane.

I zdaje się, że są obarczone pewnymi wadami, skoro odpadły w selekcji w procedurze in vitro.

Nie wszystkie, ale wiele z nich tak. Czasem wiemy, jakie to są wady, a czasem nie, to dodatkowo komplikuje sytuację.

A czy Pani się zgadza z takim ograniczeniem? Czy chciałaby Pani móc tworzyć ludzkie zarodki bezpośrednio dla nauki?

Mogłabym wystąpić o takie pozwolenie, ale nie robię tego.

Nie chce Pani?

Nie rozważałam takiej możliwości. Słyszałam, że laboratorium mojej koleżanki w Cambridge ma takie pozwolenie. Pracują nad chorobami związanymi z mitochondriami i jedynym sposobem na zrozumienie tych schorzeń byłoby tworzenie takich zarodków. Ale nie znam szczegółów i nie jest to nauka, którą ja się zajmuję. Dla mnie głównym modelem badawczym jest i zawsze była mysz, od dwudziestu pięciu lat. Ludzkie zarodki pojawiły się niedawno i nie są najważniejszą częścią pracy naukowej.

Wracając do embrioidów – skoro to modele, to do jakiego etapu rozwoju będą wiarygodne badawczo?

Nie ma na to pytanie prostej odpowiedzi, bo będzie ona zależeć od konkretnego modelu. Ten, który my wyprodukowaliśmy, jest fantastyczny do zrozumienia, jak zarodek się rozwija w czasie implantacji i jak komórki się różnicują, żeby wytworzyć m.in. część zarodka, która w przyszłości będzie produkować komórki jajowe i plemniki. Trudno mi powiedzieć, jak to wygląda w przypadku innych modeli zarodków, bo wszystkie pojawiły się w tym roku i jeszcze nie zostały dobrze przetestowane.

W przyszłości będziemy wiedzieć więcej, także to, w którym momencie rozwój tych modeli przestaje mówić nam o tym, jak rozwija się ludzki zarodek.

Muszę przyznać, że trudno mi ogarnąć wyobraźnią skalę zróżnicowania komórek ciała ludzkiego, które przecież wszystkie rozwijają się z zarodka. Dość łatwo zrozumieć dzielenie się komórki na dwie identyczne, jak to się dzieje u bakterii. Ale to, że komórki się specjalizują, jedna staje się komórką skóry, druga neuronem, trzecia pręcikiem w oku? To szalone.

Dużo nam brakuje do zrozumienia w pełni procesu, o którym pani mówi. Ciągle badamy to, jak komórki się różnicują, oraz, o czym wie mniej osób, jak potrafią się „odróżnicować”. To się zdarza w przypadku nowotworów, kiedy różnice pomiędzy komórkami przestają być stabilne i wymykają się spod kontroli. Co ma tragiczne rezultaty.

Sporo już wiemy – rozumiemy, jak przebiega komunikacja między komórkami, znamy chemiczne i fizyczne bodźce. Ale to, jak jeden mały zarodek może wytworzyć miliony różnych komórek, tworzyć całe organy, które się ze sobą komunikują, harmonijnie współpracują – to wielka zagadka życia. Nasze ciało jest magiczne. I to jest piękne do poznania.

Przepracowała Pani w tej dziedzinie ponad dwadzieścia lat. Jesteśmy bliżej zrozumienia, czy kolejne zagadki przesłaniają pełny obraz?

Odkrywamy coraz więcej tajemnic, ale jednak jesteśmy zdecydowanie bliżej zrozumienia. Udało nam się otworzyć wiele nowych kierunków badań, takich jak tworzenie struktur zarodkopodobnych z komórek macierzystych. Wiem zdecydowanie więcej niż dwie dekady temu. Kiedyś byliśmy bardziej naiwni, zadawaliśmy nie do końca właściwe pytania.

Czy nauka da kiedyś rozstrzygnięcie, kiedy zaczyna się człowiek?

Myślę, że nauka kiedyś rozstrzygnie, jak zachodzą poszczególne etapy w życiu zarodka. A to pomoże nam zrozumieć, jak zaczyna się nasze życie.

Podobno nie pozwala Pani opuszczać kolegom laboratorium, póki zarodek, nawet mysi, nie wróci do inkubatora.

Nie lubię przerywać etapu doświadczenia, żeby na przykład wypić herbatę, póki zarodki nie są zabezpieczone. Szanuję je, trzeba o nie dbać, bo same nie powiedzą nam, że są „nieszczęśliwe”. Szanuję też czas włożony w doświadczenie, chcę, żeby było wiarygodne.  

Pisze Pani w swojej książce o nowej erze kreatywnej biologii, że będziemy mogli kształtować komórki tak, jak garncarz pracuje z gliną. Aż tak?

To oczywiście symbolika, daleko jeszcze do momentu, kiedy będziemy mogli dyrygować komórkami w różnych kierunkach. Ale do tego zmierza nauka, żeby móc eliminować np. nowotwory czy rany, które powstają na naszym ciele.

Dzięki komórkom macierzystym będziemy mogli kiedyś hodować organy do przeszczepów? Organoidy już mamy.

To jedna z głównych idei moich badań. Nie chodzi o samo hodowanie embrionów, ale o zrozumienie procesów komunikacji między komórkami macierzystymi. Dzięki temu możemy nauczyć się, jak popchnąć je do rozwoju w odpowiednim kierunku, tak aby można było wytworzyć organy albo przynajmniej naprawić uszkodzone. Na przykład dzięki tworzeniu tkanek, które można by było przeszczepić w chore miejsca.

To bardzo dynamicznie rozwijająca się dziedzina, w ostatniej dekadzie poczynione zostały ogromne postępy. Rosną możliwości, wiele organizacji chce finansować badania w tym kierunku.

Czy dzięki m.in. Pani badaniom kiedyś każdy będzie mógł mieć dziecko? Bezpłodność będzie mogła być całkowicie wyleczona?

Tego niestety nie mogę powiedzieć. Myślę, że zawsze będzie wiele ograniczeń co do rozwoju dziecka i nie jesteśmy w stanie całkowicie wyleczyć bezpłodności. Natomiast jestem przekonana, że dzięki naszym badaniom i badaniom naszych kolegów będziemy mogli uchronić te ciąże, które mogłyby się zakończyć sukcesem, a tak się nie dzieje. Ale pewnie nie wszystkie.

Nauka to rzemiosło czy sztuka? Pytam, bo wiem, że ma Pani zacięcie artystyczne. A książka, nieprzypadkowo jak sądzę, ma tytuł „Taniec życia”.

I sztuka, i rzemiosło.  Dla mnie nasze życie jest wspaniałym tańcem, w którym nie do końca znamy choreografię. Uwielbiam życie. Jest piękne i skomplikowane, więc często nieprzewidywalne.

Jestem zafascynowana zwłaszcza jego początkiem, bo to niesłychanie ważne zagadnienia z medycznego punktu widzenia. Ale to też ogromnie frapujące z punktu widzenia czystej nauki, jako chęci poznania i rozumienia. To mnie napędza!

Magdalena Żernicka-Goetz stworzyła laboratorium Rozwoju Ssaków i Biologii Komórek Macierzystych w University of Cambridge, gdzie kieruje pracownią na Wydziale Fizjologii, Rozwoju i Neuronauki, szefuje również laboratorium w Los Angeles na Caltech. Wyniki swoich badań prezentowała m.in. w „Nature”, „Science”, „Cell”. Jest współautorką książki, wraz z Rogerem Highfieldem, w Polsce wydanej pod tytułem „Taniec życia. Jak stajemy się ludźmi” (Prószyński i S-ka 2022, tłumaczenie Adam Tuz). 

Karolina Głowacka jest autorką podkastu Radio Naukowe, dziennikarką TOK FM.