Dvije trećine svih ljudskih embrija ne uspijeva se primjereno razviti. U najnovijoj studiji, istraživači sa Stanford University School of Medicine demonstrirali su mogućnost predviđanja koja će od oplođenih jaja dosegnuti kritičnu razvojnu prekretnicu a koja će zakazati i umrijeti sa 93%-tnom sigurnošću.
Rezultati su važni za razumijevanje osnova ljudskog razvoja u najranijim fazama koji je i u unatoč pozornosti usmjerenoj na istraživanje ljudskih embrionalnih matičnih stanica, u velikoj mjeri ostao misterij.Obzirom se parametri koje istraživači mjere u ovoj studiji javljaju uoči ekspresije svakog pojedinog embrionalnoga gena, rezultati upućuju na zaključak da su embriji predodređeni za preživljavanje ili smrt mnogo prije prve stanične diobe. Procjena ovih parametara u kliničkim uvjetima mogla bi olakšati stručnjacima in vitro oplodnje odabir embrija za primjenu u uspješnoj trudnoći.
“Donedavno smo tako malo znali o temeljnim načelima ljudskog razvoja”, rekla je glavna autorica studije, dr. sc. Renee Reijo Pera. “Osim što ponajprije trebamo shvatiti mnogo stvari o ljudskom razvoju, nadamo se da će naša istraživanja pomoći u ostvarivanju što većeg broja trudnoća koja su rezultat in vitro oplodnje, istovremeno smanjujući učestalost pobačaja i potrebu za selektivnim smanjenjem višestrukih embrija.”Reijo Pera profesorica je opstetrike i ginekologije na Medicinskom fakultetu i ravnateljica Center for Human Embryonic Stem Cell Research and Education at Stanford`s Institute for Stem Cell Biology and Regenerative Medicine. Studija će biti objavljena u online izdanju časopisa Nature Biotechnology3. listopada. Postdoktorska znanstvenica, dr.sc. Connie Wong i bivši postdoktorski stipendist, dr.sc. Kevin Loewke dr.sc. glavni su autori istraživanja. Loewke je trenutno vodeći inženjer u biotehnološkoj tvrtci Auxogyn Inc, Menlo Park, Kalifornija.
Vlastita istraživanja istraživači su proveli na jedinstvenom setu od 242 smrznuta, jednostanična ljudska embrija uzeta iz Reproductive Medicine Center at the University of Minnesota. Embriji su stvoreni u okviru programa in vitro oplodnje prije 2002. godine u Lutheran General Hospital u Illinoisu tijekom razdoblja od nekoliko godina, a nakon zatvaranja bolnice, pacijenti su dali svoj pristanak za korištenje embrija u istraživanju.Danas je neobično zamrzavati embrije odmah nakon oplodnje (oko 12 do 18 sati). Umjesto toga, kliničari prate embrionalan razvoj tijekom tri do pet dana kako bi pokušali identificirati one koji će nakon transfera najvjerojatnije rezultirati zdravom trudnoćom. Unatoč najboljim nastojanjima, stopa uspješnosti kreće se oko samo 35%. Kao rezultat toga, većina žena odabire prijenos dva ili više embrija kako bi povećala šanse za trudnoću. Međutim, ako se nekoliko embrija uspješno primi i razvije, žena i njezin liječnik mogu odlučiti selektivno pobaciti jedan ili više njih kako bi se osigurao bolji koeficijent uspješnosti za preostale embrije.
Reijo Pera i njezini suradnici dobili veliku potporu anonimnog donatora u istraživanju načina kako bi se kvalitetnije moglo predvidjeti uspjeh embrionalnog razvoja u roku jednog do dva dana nakon oplodnje. Ne samo da bi takav uspjeh reducirao vjerojatnost pobačaja ili moguću potrebu za selektivnim smanjenjem, već bi se smanjilo vrijeme potrebno za kultiviranje embrija u laboratoriju uoči prijenosa. Iako su to pokušali prikriti, neki znanstvenici zabrinuti su da bi se genetske promjene mogle akumulirati u kultiviranim embrijima i tako dovesti do suptilnih, dugotrajnih posljedice na plod. Istraživači su otopili embrije, podijelili ih u četiri skupine, pratili njihov razvoj tijekom prvih nekoliko dana koristeći se ubrzanom video mikroskopijom i računalnim softverom kojega je za potrebe istraživanja posebno dizajnirao Loewke, bivši student strojarstva na Stanfordu. Znanstvenici su pratili stanice tijekom razvoja šuplje lopte zvane blastocista, što se obično odvija pet do šest dana nakon oplodnje. Blastocista je obično pokazatelj zdravog embrija.
Otkrili su da je od 242 zametaka, 100 uspjelo formirati u roku od pet ili šest dana normalne blastociste – istovjetan omjer očekivao bi se da će uspjeti u normalnim trudnoćama. Budući da su tako pomno pratili razvoj embrija, uspjeli su zaustaviti se i identificirati tri specifična parametra redom povezana s uspješnim formiranjem blastociste: trajanje prve citokineze (posljednja faza razdoblja staničnog ciklusa poznatog kao mitoza u kojemu se stanica fizički dijeli), vrijeme između prve i druge mitoze, i sinkronicitet druge i treće mitoze. Svi ovi događaji javljaju se usporedo s embrijem koji unutar prva dva dana nakon oplodnje širi se iz jedne stanice u četiri stanice.
“Potpuno me iznenadila spoznaja da uopće možemo predvidjeti sudbinu embrija tako dobro i tako rano”, istaknula je Reijo Pera. Spuste li se vrijednosti embrija u određenom vremenskom okviru za sva tri prediktivna parametra, tada zametak ima više od 90% šanse da će se uspješno razviti u blastocistu. Prilikom promatranja profila genske ekspresije pojedinih stanica embrija istraživači su, kao što je prethodno prikazano, otkrili da embriji isprva prolaze isključivo ekspresiju gena iz izvornih jajašca majke. Do trećeg dana (osmostanična faza) nastupa ekspresija gena specifičnih za razvoj embrija, a relativni omjer embrija i gena jajašaca kontinuirano se povećava tijekom sljedećih nekoliko citokineza. Iznenađuje, međutim, što su znanstvenici otkrili da se sve stanice embrija ne ponašaju jednako: dok pojedine stanice prolaze ekspresiju isključivo gena majke, druge u istom embriju rade uglavnom s genima embrija. Isto tako, ne dijele se sve stanice embrija usklađeno: istraživači su otkrili embrije u kojima se neke stanice dijele po planu dok su druge naizgled zaglavljene, odnosno zaustavljene.
“Uvijek smo smatrali da embriji žive ili umiru, no zapravo smo shvatili da svaka stanica u embriju donosi odluke autonomno”, zaključila je Reijo Pera. “Nitko nikada na ovo nije dosad obraćao pažnju.” Reijo Pera i njezini suradnici otkrili su da embriji u kojima rasporedi podjele pojedinih stanica ili profili genske ekspresije izrazito variraju, najvjerojatnije neće prerasti u uspješne blastociste. Istraživanja pokazuju da su RNK transkripti majke – odnosno molekule koje prenose upute iz DNK majke postrojenjima za stvaranje proteina unutar embrija – očito aktivno degradirani u svakom pojedinom embriju, a upravo ta degradacija potrebna je za ekspresivnost embrionalnih gena stanice. Stanice koje ne izvršavaju određen dio ovog delikatnog procesa gube na usklađenosti sa svojim susjedima, ugrožavajući na taj način život embrija. Cjelokupan proces složen je, a mogao bi objasniti zašto je ljudski embrionalan razvoj tako neizvjesan i jedinstven.
Istraživanje također naglašava važnost proučavanja ljudskih embrija, što savezni fondovi trenutno ne podržavaju. Od 1996. svake godine Kongres donosi odredbu poznatu kao Dicky-Wicker amandman kojom se zabranjuje uporaba saveznih sredstava za istraživanja u kojima se ljudski embrio uništava – čak i ona u kojima bi se inače odbacio. “U miševa, oko 80 do 90% embrija razvija se do stadija blastociste. Kod ljudi, postotak razvoja embrija iznosi oko 30%”, rekla je Reijo Pera. “Osim toga, 1% mišjih embrija kromosomski je abnormalno, u odnosu na oko 70% ljudskih embrija. Upravo zato istraživanja o ljudima izrazito su važna. Žene, njihove obitelji i njihovi liječnici žele povećati šanse rađanja samo jedne zdrave bebe, izbjegavajući pritom visokorizičnu trudnoću, pobačaj ili druge posljedice štetne po majku i fetus. Ženski zdravstveni problemi doista utječu na širu obitelj.” Istraživanje su financirali anonimni donator, March of Dimes i Stanford Institute for Stem Cell Biology and Regenerative Medicine.
Znanstvenici su razvili automatizirani algoritam za kliničku uporabu koji bi mogao procijeniti ubrzanu video mikroskopiju i odrediti s visokom točnošću koji će od tih razmjerno ranih zametaka dosegnuti stadij četverostanične diobe. Isključivo pravo korištenja navedene tehnologije polaže tvrtka Auxogyn Inc Stanford. Reijo Pera i drugi suautori rukopisa vlasnici su ili imaju pravo otkupa udjela u tvrtki.
Izvor: Stanford University Medical Center
