בלי ביצית, זרע או רחם: מדענים הצליחו לייצר מודל של עובר מלאכותי

פריצת דרך מדעית: מחקר חדש של מדעני מכון ויצמן למדע, אשר התפרסם היום (שלישי) בכתב-העת המדעי "Cel", חושף כי מדענים הצליחו לייצר מודל מלאכותי של עוברי עכברים, שהתפתח מתאי גזע אשר גודלו מחוץ לרחם עד לשלב מתקדם יחסית - תוך הצגת התפתחות תקינה של איברים ורקמות.

צוות המחקר, בראשות פרופ' יעקב חנא, יצר לראשונה מודלים מלאכותיים של עוברי עכבר ללא הפריה של ביצית וזרע. מעבר לפריצת הדרך בחקר ההתפתחות העוברית, גישה זו עשויה לפרוץ נתיבים חדשים לרפואת העתיד, ובכלל זאת גידול איברים ורקמות שיוכלו לשמש בהשתלות מצילות חיים.

[brightcove_iframe video_id='news-video-news-flash-part-2208020832' autoplay='0' credit='מכון ויצמן' desc='' poster='' kid='1_jfnuljad' duration='']

מודל העוברים המלאכותיים נשען על שיטה להחזרת תאי גזע עובריים למצב הקרוי "נאיבי" – השלב ההתפתחותי הראשוני ביותר שבו יש לתאי הגזע את היכולת להתמיין לא רק לכל סוג רקמה בגוף העובר, אלא גם לרקמות חוץ-עובריות, דהיינו השליה ושק החלמון התומכות בהתפתחות העובר.

בנוסף, המחקר התבסס על שיטה של גידול עוברי עכבר מחוץ לרחם עד לשלבי התפתחות מאוחרים, אשר פותחה לאורך 7 שנים ומבוססת בין היתר על התקן נע שבו מוחזקים העוברים בכוסות מעבדה, כשהם מוקפים בתמיסה מזינה. בהיעדר זרימת דם מהאם לשליה, תנועת המכשיר מדמה את ההזנה הטבעית של העובר תוך ויסות רמות החמצן ולחץ האוויר בכלי המעבדה. במחקר קודם שפורסם ב-"Nature" במרץ 2021, הצליחו המדענים לגדל באמצעות התקן זה עוברי עכבר טבעיים מיום 5 עד יום 11.

במחקר החדש, ביקשו המדענים לפתח מודל מלאכותי של עוברי עכבר – כלומר עוברים שמקורם לא בביצית מופרית כמו במחקר הקודם, אלא בתאי גזע עובריים שגודלו במשך שנים בתרבית. לשם כך, חילקו המדענים את תאי הגזע העובריים במעבדה לשלוש קבוצות: קבוצה אחת שממנה התפתח העובר עצמו - אשר נותרה ללא שינוי, ושתי קבוצות אחרות שטופלו במשך 48 שעות, במטרה להגביר בהן את הביטוי של גנים מסוימים הנחוצים ליצירת רקמות חוץ-עובריות.

לאחר ששלוש הקבוצות הוכנסו להתקן החוץ-רחמי לגידול עוברים, הם החלו להתארגן במהרה לצברי תאים, שברובם המכריע לא התפתחו כראוי. עם זאת, כ-0.5% מהם – 50 מתוך כ-10,000 – יצרו רקמות כדוריות שהתפתחו עם הזמן למבנה דמוי עובר.

המדענים סימנו מראש כל קבוצת תאים בצבע שונה וכך יכלו לראות כי המודלים המלאכותיים שהצליחו להתפתח, אכן התפתחו בדומה לעוברים טבעיים, וכי השליה ושק החלמון נוצרו בנפרד מהעובר. מודלים מלאכותיים אלה של עוברי עכבר התפתחו באופן תקין במשך 8.5 ימים – כמעט מחצית מזמן ההיריון שאורכו 20 יום – והתפתחו בהם איברים פנימיים מוקדמים ובכלל זאת לב פועם, התחלה של מחזור דם, מוח בעל צורה תקינה, גרסאות ראשוניות של מערכת עצבים מרכזית ומערכת עיכול. העוברים שהתפתחו הציגו התאמה של 95% לעוברי עכבר טבעיים – הן בצורת האיברים הפנימיים והן בדפוסי ביטוי הגנים של סוגי תאים שונים.

המודל המלאכותי שפיתחו החוקרים פותח אופקים חדשים בחקר ההתפתחות העוברית. פרופ' חנא הסביר כי "האתגר הבא הוא להבין כיצד יודעים תאי הגזע מה לעשות – כיצד הם מתארגנים לאיברים ואיך הם מוצאים את דרכם בעובר המתפתח. בנוסף, מכיוון שבניגוד לרחם, המערכת שלנו היא שקופה, היא עשויה לשמש אותנו לחקר פגמים מולדים והתפתחותיים ובעיות פוריות שונות".

מודלים מלאכותיים של עוברים עשויים גם לצמצם את השימוש בבעלי-חיים במחקר, ובעתיד אף להפוך למקור אמין של תאים, רקמות ואיברים להשתלה. "תהליך התפתחות העובר הוא למעשה מנגנון משוכלל לייצור איברים – מדפסת התלת-ממד הביולוגית הטובה ביותר", אמר פרופ' חנא. "במקום לפתח פרוטוקול נפרד לגידול כל סוג תא, למשל, תאי כליות או כבד, נוכל אולי בעתיד ליצור מודל עוברי מלאכותי ולבודד ממנו את התאים הרצויים. לא נכתיב לאיברים כיצד עליהם להתפתח –  את זה מבצע הכי טוב העובר עצמו".