Araştırmacıların laboratuvarda insan embriyo modelini 14 günden daha uzun süre büyütmelerine izin verildi. Bu sayede neler öğrenebilecekler?
Ali Brivanlou’nun laboratuvarındaki bir dizi deneyde 13. gündü ve önünde ıstırap verici bir görev vardı. Gelişim biyologlarından oluşan ekibi, düzinelerce insan embriyosunu çözdürdü, onları ayrı kültür kaplarına yerleştirdi ve gelişimin en erken aşamalarında büyümelerini izledi.
Bu dünya çapında sadece çok az sayıdaki araştırmacının görebileceği bir şey. Ama bitmesi gerektiğini biliyordu.
Embriyolar kısa süre sonra 14 günlük uluslararası izin dahilindeki süreyi tamamlayacak, araştırmacılar 14 gün kuralına karşı gelecekti. Çünkü 14 Gün, kabaca ilkel çizginin, embriyonun vücut eksenlerini kurduğu noktayı işaretleyen ve kafayı kuyruktan ve soldan sağdan ayırmaya başladığı bir yapı ortaya çıktığı zamandır.
Brivanlou, New York’taki Rockefeller Üniversitesi’ndeki laboratuvarında 2015 yılındaki çalışması için “Hayatımda vermek zorunda kaldığım en zor kararlardan biriydi, ancak bu deneyi durdurmanın zamanı gelmişti” diyor. 13. günde ekip, embriyoları yüzeyden kaldırıp dondurarak daha fazla gelişmeyi engelledi. “Bu noktadan sonra ne olacağını bilmiyorduk” dediler.
Şimdi, Brivanlou ve diğer gelişim biyologları bunu öğrenme şansına sahipler.
Mayıs ayında, Uluslararası Kök Hücre Araştırmaları Derneği (ISSCR), 14 gün kuralını gevşeten ve zorlu engelleri ortadan kaldıran yeni bir yönerge yayınladı. Dünya çapında sadece birkaç laboratuvar, insan embriyolarını 14 güne kadar kültürlemek için gereken teknikleri mükemmelleştirmiş olsa da, bilim hızla ilerliyor.
Gevşetilmiş kural, yasal olduğu ülkelerde laboratuvar gruplarının, 14 gün sonra araştırmaya devam etme izni için düzenleyicilere başvurmasına izin veriyor.
Bu tür çalışmalar, embriyonun normalde döllenmeden yaklaşık bir hafta sonra uterusa implante edilmesinden sonra insan gelişimi sırasında neler olduğunu ortaya çıkarabilir. Daha sonra, vücudun ana kalıbının ortaya çıktığı ve organ üretimi için temellerin atıldığı, kabaca 14 ve 22. günler arasında gastrulasyon adı verilen bir aşamadan geçer.
Bu sonraki aşamalarda bir pencere açmak, bilim adamlarının gebelik kayıplarının yaklaşık üçte birini ve gelişimin bu noktalarında meydana geldiği düşünülen çok sayıda doğumsal kusurları daha iyi anlamalarını sağlayacaktır. Ek olarak bu aşamalar, hücrelerin rejeneratif tıbbı destekleyebilecek organlar ve dokuya nasıl farklılaştığına dair ipuçları içerir.
Çoğu araştırmacı, Brivanlou’nun grubunun ve diğerlerinin laboratuvarda büyüyen insan embriyolarının teknik sınırlarını daha uzun süreler için hemen zorlamasını bekliyor. Bunu yapabilen sıkı bir rekabet içinde birkaç grup mevcut.
Başka yerlerde bu tür araştırmaların ilerlemesi için yasaların değiştirilmesi gerekir (bkz. ‘Sınırı Kaldırma’). Kunming Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden embriyolog Tianqing Li, örneğin Çin’deki bazı araştırmacıların şu anda 14 günlük kesintiyi yansıtan ulusal politikalarını değiştirip değiştirmemeyi tartıştıklarını söylüyor.
Bu nedenle, araştırmacılar henüz 14 gün sonrası yeni bir araştırma seli beklemiyorlar ve hepsi de bu tür deneylerin haklı olduğuna ikna olmuş değiller. Londra’daki Francis Crick Enstitüsü’nde gelişim biyoloğu olan Naomi Moris, “İnsan embriyolarını kendi başlarına bir araştırma sistemi olarak kullanma konusunda temkinliyim” diyor.
Sınırları aşmanın bir yolu olarak, araştırmacılar son beş yılda çoğu kök hücre karışımlarından oluşan bir dizi insan embriyo modeli geliştirdiler. Bu modeller, erken gelişimin birden fazla ancak kısa aşamalarını taklit eder ve tüp bebek (IVF) tedavisi gören kişiler tarafından bağışlanan, kıt ve etik açıdan dolu insan embriyoları kullanılmadan yapılabilir.
Şimdiye kadar 14 gün kuralı bu embriyo modelleri için geçerli değil. Ancak, tanınabilir yapılar ve hatta organlar oluşturma potansiyeliyle daha karmaşık hale geldikçe, kendi etik gri alanlarına girerler.
Bilim adamları ister modelleri ister gerçek olanı kullanıyor olsun, öğrenecekleri çok şey olduğunu söylüyorlar. Avusturya Bilim Akademisi’nin Viyana’daki Moleküler Biyoteknoloji Enstitüsü’nde kök hücre biyoloğu ve embriyolog olan Nicolas Rivron, “Embriyolar büyük ustalardır” diyor. “Nasıl oluştuğumuz ve nasıl başarısız olduğumuz hakkında bize her şeyi öğreten yapılardır.”
Kabuktan Çıkmak
14 gün kuralı ilk olarak 1979’da IVF teknolojisinin ortaya çıkması ve insan embriyolarının ilk kez vücut dışında var olmasıyla önerildi. O sırada hayatta kalabilecekleri en uzun süre birkaç gündü. 2006 yılına gelindiğinde, ISSCR insan embriyonik kök hücreleri (ES hücreleri) için ilk kılavuz setini yayınladığında, araştırma topluluğunda 14 gün kuralı kesin olarak yerleşmişti.
Kılavuzlar, araştırmacılar ve fon sağlayıcılar tarafından dünya çapında geniş çapta benimsenmiştir. Almanya ve Avusturya dahil olmak üzere birçok ülkede insan embriyoları üzerinde herhangi bir araştırma yapmak yasa dışıdır ve Birleşik Krallık, Çin, Japonya, Avustralya ve Kanada gibi pek çok başka ülkede kanunen 14 günlük bir sınır vardır.
Amerika Birleşik Devletleri ve İsrail de dahil olmak üzere birkaç yerde finanse edilemese de insan embriyosu araştırmalarını yasaklayan veya sınırlayan hiçbir yasa yoktur, ancak kurallar vardır.
ISSCR yönergelerine yönelik önceki güncelleme, iki araştırma grubunun atılımlar yayınlamasından hemen önce 2016’da yayınlandı.
Magdalena Zernicka-Goetz’in İngiltere, Cambridge Üniversitesi’ndeki laboratuvarı, 2013’te yedi günden fazla insan embriyoları kültürü arayışına başladı. Grup, blastosist veya “hücre topu” aşamasının ötesinde neler olduğunu anlamak istedi. Grubu, hormonların ve büyüme faktörlerinin doğru tarifini geliştirdi. 2016’da bu ekip ve Brivanlou’nun ekibi 12-13. güne kadar insan embriyoları yetiştirdiklerini bildirdi.
Şimdi zamanını Birleşik Krallık’taki laboratuvarı ile Pasadena’daki California Teknoloji Enstitüsü’ndeki laboratuvarı arasında ayıran Zernicka-Goetz “İnsanların gelecekte kafamızı nereye koyduğu gibi yaptığımız keşifler büyük önem taşıyor” diyor. “Ultrason ile göremediğimiz ancak ana organlar için gelişimi başlatan gelişimin ikinci, üçüncü ve dördüncü haftasından etkileniyorum.”
İlk soru embriyo büyüdükçe hücrelerde genlerin nasıl ifade edildiğiyle ilgilidir. Zernicka-Goetz’in grubu, şimdiye kadar insan embriyoları üzerinde yapılan en büyük çalışmalardan birinde, bir embriyonun normalde rahimde implante olduğu aşamadan (5. gün) günde gastrulasyon hazırlıklarına kadar laboratuvarda gelişen 16 embriyodan 4.820 tek hücreyi analiz etti.
Tek hücreli RNA dizilimi embriyonik hücreler vücutta herhangi bir hücre haline gelebildikleri zaman totipotensten pluripotense geçerken, hangi genlerin kapandığını ve hangilerinin devreye girdiğini ortaya çıkardı.
Farelerde bu gelişimsel sinyaller bilinmesine rağmen, bu çalışma insan gelişiminin altında yatan molekülleri ortaya çıkaran ilk çalışmalardan biridir.
Kültürde sadece insan embriyoları ile yapılabilecek diğer deneylerde hem Brivanlou hem de Zernicka-Goetz ve ekipleri anöploid hücreli insan embriyolarının kaderini takip etti. Bunlar anormal sayıda kromozoma sahip hücrelerdir ve erken gebelik kayıplarının yarısına kadar neden olduğu düşünülen bir durumdur.
Tüp bebek klinikleri genetik sağlığını analiz etmek için tipik olarak bir embriyonun hücrelerinden sadece birkaçını test eder. Ancak deneyler bunun yanıltıcı olabileceğini gösteriyor. Zernicka-Goetz’in grubu bazı anöploidi türleri ile teşhis edilen embriyoların laboratuvarda normal şekilde gelişmeye devam ettiğini buldu.
Brivanlou’nun grubu, insan embriyolarındaki gen ekspresyonunu 3 ila 14 gün arasında analiz etti ve anormal sayıda kromozoma sahip hücrelerin, belki de destekleyici dokulara dönüşerek veya hücre ölümü yoluyla itlaf edilerek elimine edildiğini buldu.
Her iki çalışma da, IVF embriyolarında yaygın olarak yapılan anöploidi testinin muhtemelen birçok embriyonun yanlış bir şekilde “sağlıksız” olarak kabul edilmesiyle sonuçlandığını göstermektedir.
Brivanlou, insan embriyolarıyla çalışmanın bu içgörüler için çok önemli olduğunu söylüyor. “Bunu oynamasını izlemekten başka öğrenemeyiz” diyor. Bazı anöploid hücreler içeren bir embriyonun tam olarak nasıl uyum sağladığını bulmaya çalışmak için bazıları 14. güne kadar uzayabilecek deneyler planlıyor.
İki Haftanın Sonunda
Hayvan embriyoları ile çalışan araştırmacılar onları insan embriyo kültüründe benzer ilerlemelerin önünü açabilecek olan, 14 günlük gelişimsel eşdeğerin ötesinde kültüre aldılar. Mart ayında, İsrail’in Rehovot kentindeki Weizmann Bilim Enstitüsü’ndeki Jacob Hanna’nın grubu, fare embriyolarının laboratuvarda7 kültürlenebileceği süreyi 5.5. günden 11. güne (kabaca 13 ila 30 insan günlerine eşit) iki katına çıkardı.
Diğer araştırmacılar süreci titiz olarak tanımlasalar da embriyolar organ geliştirme sürecine iyi giriyor.
Brivanlou, Zernicka-Goetz ve Hanna’nın ekibinin fareler için yaptığını insanlar için yaparak insan embriyolarının kültürü için sınırları zorlamayı planlıyor. Brivanlou, kök hücreleri ilk beyin hücrelerine dönüştüren genetik programın kilidini açmak ve ayrıca dört odacıklı atan bir kalbin moleküler talimatlarını ortaya çıkarmak istiyor.
Her iki olay da 14. günden sonra ortaya çıkıyor ve bunların çözülmesi, nörogelişimsel bozuklukları ve yaygın doğuştan kalp kusurlarını anlamanın anahtarı olabilir.
Brivanlou ve diğerleri gelecekte araştırmacıların laboratuvarda rahim dokusuna yerleştirilen bir insan embriyosunu teknik olarak izleyebileceklerini söylüyorlar.
Grup insan embriyoları üzerindeki araştırmalarını 21. güne kadar uzatmak için üniversitesinin düzenleyici komitesine başvuruyor. Bu ekstra haftada, omurilik, beyin, kemik, kalp, kan, kas ve yüz olacak yapılar da dahil olmak üzere tüm vücut planı belirleniyor. “14. günden sonra bir insan embriyosunu zorlayabilir miyiz bilmiyorum” , “Ama oraya vardığımızda, çok nazikçe hareket etmeliyiz.” Diyor.
Embriyo Modeli
Araştırmacılar, gerçek embriyoları kullanmadan 3 boyutlu kök hücre karışımlarından modellerini oluşturarak memelilerdeki gastrulasyon sürecine bakmanın bazı yollarını biliyorlar.
Son beş yılda araştırmacılar laboratuvarda 14. günden sonraki aşamaları görmek için kullanılabilecek çeşitli embriyo modelleri geliştirdiler. Çoğu durumda bu embriyo modelleri 14 gün kuralına veya herhangi bir özel incelemeye tabi değildir.
2017 yılında, Ann Arbor’daki Michigan Üniversitesi’nde biyomedikal mühendisi olan Jianping Fu ve ekibi ES hücrelerini amniyotik kese ve ilk belirtileri oluşturmak için kendi kendilerini organize ettikleri 3D kültürüne yerleştirerek ilk insan embriyo modelini yaptı. Fu, bulgunun sahada büyük bir heyecan yarattığını söylüyor. “İnsan ES hücrelerinde bu tür olasılıkların var olması inanılmazlar.”
Fu gibi modeller çoğaldı ve şimdi fare ve insandaki en erken embriyonik aşamaların bölümlerini taklit edebiliyor. İmplantasyon, gastrulasyon, beyin, omurilik ve kalp gelişiminin ilkel başlangıçlarıdır. Örneğin, Fu ve diğerleri omurilik ve beyin için öncüllerin oluşumunu modelleyen ve Fu’nun, araştırmacıların bir gün hastalara yerleştirilebilecek fonksiyonel nöronların kültürüne yardımcı olacağını söyleyen insan nöroloidlerini yarattılar.
Hücre karışımları genellikle aynı aşamadaki embriyolar gibi görünür ve davranır ancak normal gelişimin moleküler ve hücresel olaylarını özetleyip özetlemedikleri bilgide esneyen bir boşluk olarak kalır.
Fu ve diğerleri, insan embriyo modelleri daha karmaşık yapılar oluşturdukça ve gelişim zaman çizelgesini daha da ileriye götürdükçe yeni etik sorular ortaya çıkardıklarını kabul ediyor. Örneğin, nöronları ateşlenmeye veya kalp hücreleri atmaya başlayabilir. Veya şimdiye kadar taklit ettikleri sınırlı aşamaların ötesinde gelişme potansiyeli elde edebilirler.
Çoğu model, bütün bir embriyo oluşturmak için ihtiyaç duyacakları yaşamı destekleyen dokuların tam tamamlayıcısından yoksundur ancak son birkaç yılda bir avuç laboratuvar, blastosist aşamasının “blastoidler” olarak adlandırılan fare ve insan modellerini inşa etti. Bunlar, bu destek dokularının öncülerini içerir ve teorik olarak tüm organizmayı oluşturabilir.
ISSCR’nin gözü bu alandadır ve kılavuzları bu destekleyici dokuları içeren modellerin özel gözetime tabi tutulması ve bilimsel amacı karşılamak için gereken minimum süre boyunca büyütülmesi gerektiğini belirtir.
ISSCR yönetim kuruluna başkanlık eden Francis Crick Enstitüsü’nde kök hücre biyoloğu olan Robin Lovell-Badge, geliştikçe bu modellerin etik açıdan yeniden değerlendirilmeye ihtiyaç duyacağını söylüyor. “Açıkçası, bu alanın izlenmesi gerekiyor.”
Gerçek ve model embriyolardaki çalışmalar ilerledikçe, bilim adamları ikisinin gerçekte ne kadar benzer olduğunu bilmek istiyorlar. Modellerin moleküler ayrıntılarında nasıl farklılık gösterdiğini ve hücrelerinin nasıl davrandığını bulmak, araştırmacıların gerçek embriyolarda 14 günü aşmak istemelerinin ana nedenidir.
Almanya, Dresden’deki Max Planck Moleküler Hücre Biyolojisi ve Genetiği Enstitüsü’nde gelişim biyoloğu olan Jesse Veenvliet, “Bir modelden çok şey öğrenebiliriz” diyor. “Ama nerede yanlış gittiğini bilmek önemlidir.”
2020’de Moris ve meslektaşları, fare embriyoları ve fare gastruloidlerinin gen ekspresyonu karşılaştırmasını yan yana yürüttüler ve vücut planını oluşturan zamanlanmış sinyal dalgalarında çarpıcı benzerlikler buldular.
Bu tür bir kıyaslamanın insan gastruloidleri için de yapılması gerektiğini ve bunun da yaklaşık 21. güne kadar insan embriyolarının kültürlenmesini gerektireceğini söylüyor. Rivron, insan gelişiminin her aşaması için moleküler haritalar öngörüyor.
Yeterli kıyaslama yapıldığında, araştırmacılar kullanılan insan embriyolarının sayısını azaltabilir, ancak güçlü bir gerekçe olduğunda onlara yönelebilir.
Saati Durdur
Ancak araştırmacılar, insan gelişiminin bir tabakta oynadığını tam olarak ne kadar izlemeli? Eleştirmenler ISSCR’nin araştırmacılara yeni bir durma noktası vermeden 14 gün kuralını gevşetmesinin sorumsuz olduğunu söyledi. Bu, embriyo araştırmaları için yeşil bir ışık görünümü veriyor.
Fu, 18 ay boyunca ve 100’den fazla Zoom toplantısında yeni yönergeleri geliştiren ISSCR komitesindeydi. “Bilim o kadar hızlı ilerliyor ki, bilim topluluğu olarak başka bir dur işareti çizmek zordu” diyor. Bunun yerine kılavuzlar uygun inceleme süreçleri gerçekleştiği sürece araştırma yapmak için kapıyı açık bıraktı.
Brivanlou karara katılıyor. Anormal kromozomlar üzerinde yapılan çalışmalara işaret ederek, “Vicdanımda 14 günü zorlamanın büyük yararları olduğunu biliyorum” diyor. “Gelecek nesilde kelimenin tam anlamıyla hayat kurtarabilir.” O ve Lovell-Badge, organ hücre tiplerinin nasıl ortaya çıktığını, düşüklerin ve doğum kusurlarının nasıl meydana geldiğini ortaya çıkarabileceği için 14 gün sonrası bazı araştırmalara izin vermemenin etik olmayacağını savunuyorlar.
Ayrıca hangi deneylerin ve modellerin 14 günlük embriyo araştırmasıyla aynı statüye sahip olması gerektiği konusunda da belirsizleşiyor.
ISSCR yönergeleri, yalnızca destekleyici dokuları içeren ve teorik olarak tam gelişme potansiyeline sahip modelleri 14 gün sonrası embriyolarla aynı kategoriye yerleştirerek net bir etik bölüm çizer. (Yönergeler ayrıca insan araştırma embriyolarının, insan-hayvan kimerik embriyolarının veya insan embriyo modellerinin bir hayvan veya insan rahmine transferini de yasaklar.)
Bazı araştırmacılar 14 günlük çizginin kaldırılması konusunda tutucu davranıyor. Örneğin Moris, halkın 14 günlük deneylerin sonuçlarını tartmak için gerçek bir şansı olduğunu düşünmüyor.
Biyoetikçi Josephine Johnston bir adım daha ileri gidiyor: “Bence 14 gün kuralını bırakıp başka bir kural önermemek bir hata.” Garrison’daki Hastings Center’da biyoetikçi olan Johnston, “Sınır, bilim camiasının toplumun insan embriyolarına değer verdiğini anladığını ve buna saygı duyduğunu gösterir” diyor. Sınırı düşürmek “kamuoyunun güvenini gerçekten sarsma potansiyeline sahiptir”.
Buna ek olarak, araştırmacıların embriyoları 14 günden daha uzun süre çalışmanın “insanlığa gerçekten yardımcı olacağını” daha iyi açıklamaları gerektiğini söylüyor. Johnston, embriyolarla ilgili araştırmaların ayrıntıları konusunda da açık olmaları gerektiğini söylüyor. “Bu araştırmaların çoğu çok uzak geliyor, ancak bazı sınırların olmaması dikkatsiz.”
Nörobilim Doktora Öğrencisi Sacide Sarıçiçek
Dergi Referansı: doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-02343-7
