Incontra gli embrioni artificiali chiamati inquietanti e spettacolari

Video di embrioni sintetici in crescita Università del Michigan, Ann Arbor | A cura di MIT Technology review

Le cellule staminali vivono solo pochi giorni, alloggiate tra minuscoli pilastri sulla superficie di un compartimento microfluidico. Eppure durante quel periodo, il video in stop motion mostra le cellule che si moltiplicano, cambiano e si organizzano in sfere cave.

Stanno seguendo il loro programma definitivo: cercare di trasformarsi in un embrione. E stanno facendo un lavoro sorprendentemente buono.

Oggi i ricercatori dell'Università del Michigan stanno segnalando che hanno imparato a produrre in modo efficiente modelli realistici di embrioni umani dalle cellule staminali. Pensano che il progresso consentirà loro di testare i farmaci per la fertilità e studiare le prime fasi della gravidanza, ma sta anche sollevando nuove questioni legali ed etiche.

Gli embrioni artificiali sono stati realizzati convincendo le cellule staminali a formare spontaneamente minuscole strutture a forma di palla che includono l'inizio di un sacco amniotico e le cellule interne dell'embrione (la parte che diventerebbe gli arti, la testa e il resto del corpo di una persona ) sebbene manchino dei tessuti necessari per formare una placenta.

È incredibile quanto assomigli a un embrione umano, afferma Alfonso Martinez Arias, un genetista dell'Università di Cambridge che ha familiarità con i risultati della ricerca, pubblicati oggi sulla rivista Nature. Questo è particolarmente spettacolare.

Per ora, dicono gli scienziati, questi non sono veri embrioni e mancano della capacità di trasformarsi in una persona. Tuttavia, mentre ricerche simili in Europa e in Cina stanno facendo passi avanti, stanno sollevando dubbi su quanto gli scienziati siano davvero vicini alla creazione sintetica di embrioni umani vitali nei loro laboratori.

Finora, i team sono stati in grado di convincere le cellule staminali a ricapitolare diverse fasi chiave del viaggio dell'embrione, come formare l'inizio del tessuto nervoso e degli spermatozoi o degli ovuli e prendere decisioni precoci come quale sarà la testa di un animale e cosa sarà essere la coda (vedi 10 tecnologie innovative 2018: embrioni artificiali).

Quelli sviluppati dal team del Michigan, guidato dal bioingegnere Jianping Fu e dalla biologa Deborah Gumucio, potevano vivere solo quattro giorni e non avevano tutti i tipi cellulari necessari per qualificarsi come un vero conceptus, poiché è noto l'impianto dell'embrione , ed è probabile che presentino altre anomalie e limitazioni.

Ma gli scienziati ritengono che potrebbe non passare molto tempo prima che possano sintetizzare embrioni in laboratorio che sono quasi indistinguibili da quelli creati naturalmente. La ricerca sugli embrioni di topo artificiale è già progredita al punto che gli scienziati li stanno trasferendo a surrogati femminili e stanno cercando di creare animali vivi, anche se non ci sono ancora riusciti.

La preoccupazione è che se gli scienziati potessero produrre embrioni umani in laboratorio, qualcuno potrebbe usare i sistemi per generare persone geneticamente modificate, uno scenario distopico simile agli incubatoi centrali descritti nel romanzo Nuovo mondo .

Lo scorso dicembre, Martinez Arias si è unito a Fu e a molti altri che hanno scritto un editoriale invitando le autorità di regolamentazione a consentire la ricerca scientifica con i modelli, ma a emanare un divieto legale di utilizzarli per tentare di iniziare una gravidanza. Esortiamo le autorità di regolamentazione a vietare l'uso di entità basate su cellule staminali per scopi riproduttivi, hanno affermato.

Fu dice che solo un pazzo proverebbe a creare una persona usando un embrione sintetico. Tuttavia, dato il rapido progresso della scienza, considera importante un divieto legale. Molti scienziati stanno cercando di superare i limiti e le persone stanno attraversando i confini. Se permetti agli scienziati di autoregolarsi, ecco come sono nati i bambini geneticamente modificati. Non mi fido dell'autoregolamentazione, dice Fu.

Ecco come hanno fatto

È noto che le cellule staminali lasciate in un piatto si trasformeranno spontaneamente in muscolo cardiaco e inizieranno a battere. Inoltre, ci sono organoidi cerebrali simili a blob che emettono onde elettriche e mini-intestino che possono essere utilizzati per testare se i farmaci funzionano.

La nuova ricerca va oltre, imitando in modo efficiente i primi giorni di sviluppo di un embrione. Secondo il rapporto, il team di Fu ha posizionato le singole cellule staminali in minuscole fessure su un chip microfluidico, quindi ha fornito indicazioni chimiche che le hanno aiutate a iniziare a dividersi e a prendere la forma di un embrione.

Il team del Michigan, i cui risultati preliminari hanno fatto notizia nel 2017, ora afferma di poter trasformare le cellule staminali in strutture simili a embrioni più del 90% delle volte e di averne prodotte centinaia.

Questo è il nuovo standard per la controllabilità, che lo rende una piattaforma sperimentale, afferma Fu. Ogni canale ha molte camere e ognuna può intrappolare una pallina di cellule staminali pluripotenti. Le sostanze chimiche raggiungono solo un lato della palla, quindi quando e dove vengono stimolate le cellule staminali è molto controllato.

Per i biologi dello sviluppo, coloro che studiano come si formano i corpi, i sistemi che modellano l'embrione umano sono motivo di forte eccitazione. Fu afferma che i team in Giappone e nel Regno Unito stanno già utilizzando il dispositivo microfluidico del Michigan per indagare su come alcune cellule dell'embrione vengono designate come futuri spermatozoi o cellule uovo. Se riescono a determinarlo, potrebbero portare a modi per creare cellule riproduttive per le persone che ne sono prive.

Confusione di finanziamento

Il rapido sviluppo di modelli di embrioni sta ponendo una sfida al National Institutes of Health, che non è sicuro di poter finanziare questo tipo di ricerca a causa di una legge che gli vieta di pagare esperimenti che coinvolgono embrioni umani. Quella legge, l'emendamento Dickey-Wicker, è scritto per dire che qualsiasi organismo umano fatto di cellule conterebbe come un embrione.

Poiché non è ovvio cosa si qualifichi come un organismo - quel termine significa una forma di vita, ma non è definito dalla legge - l'agenzia ha iniziato a trasmettere domande di sovvenzione da ricercatori come Fu a uno speciale comitato direttivo per la ricerca sugli embrioni umani composto da funzionari dell'agenzia che determinerà se violerebbero lo statuto.

Non abbiamo una politica di finanziamento, ma dobbiamo giudicare ogni sovvenzione che solleva preoccupazioni, afferma Carrie Wolinetz, direttrice associata per la politica scientifica presso il NIH. Possono dire che [questo] rappresenta un rischio legale troppo grande. È d'accordo che la domanda è se entità simili a embrioni come quelle che Fu sta creando possano costituire un organismo o meno, aggiungendo che questa è un'area di ricerca e scienza in rapida evoluzione e vogliamo capirla.

Per fare ciò, il NIH sta partecipando a a laboratorio di un giorno , previsto per l'inizio del prossimo anno presso le National Academies, a Washington. Gli obiettivi del workshop includono il tentativo di identificare le differenze tra i sistemi modello di embrioni di mammiferi e gli embrioni di mammiferi in buona fede. Inoltre, l'International Society for Stem Cell Research, un'organizzazione scientifica che rappresenta i biologi delle cellule staminali, afferma che affronterà i modelli di laboratorio mentre rivede le sue linee guida per gli scienziati.

La politica non può tenere il passo

La confusione sul finanziamento, affermano gli scienziati, è stata aggravata dai recenti cambiamenti della politica federale che limitano i soldi per la ricerca che coinvolge gli aborti. A giugno, il Dipartimento della Salute e dei Servizi Umani detto che sarebbe finita tutta la ricerca governativa che impiega tessuto fetale da terminazioni elettive. Può ancora finanziare scienziati accademici, ma solo dopo una revisione etica coinvolta.

Come parte della repressione, che la maggior parte attribuisce alla politica dell'aborto, HHS ha affermato che lavorerà per garantire che le alternative al tessuto fetale siano finanziate e accelerate e ha indicato che darà la priorità a modelli che imitano gli embrioni. Tuttavia, quando una filiale del NIH ha emesso inviti a richiedere denaro per sviluppare alternative ai tessuti fetali quest'anno, la sollecitazione ha escluso specificamente i sistemi modello di embrioni umani realizzati con cellule staminali.

Gli scienziati affermano che tali contraddizioni mostrano che i finanziamenti sono influenzati dalla politica. È bizzarro: gli organoidi cerebrali vanno bene, ma la roba vagamente embrionale non lo è, ha detto un ricercatore, che voleva parlare in modo anonimo perché ha delle sovvenzioni in sospeso.

Questa settimana, a un rapporto separato , un team della Rockefeller University ha descritto come hanno imitato gruppi di cellule la cui organizzazione è simile alla formazione iniziale del cervello, del sistema nervoso e della pelle di un embrione di un mese. A quel punto, un embrione umano è una minuscola struttura simile a un gambero con minuscole gemme degli arti.

I ricercatori di Rockefeller, guidati da Eric Siggia e Ali Brivanlou, chiamano le loro strutture neuroloidi. Dicono che a causa della difficoltà di ottenere o studiare embrioni umani reali in questa fase iniziale, ritengono che la loro tecnologia sia l'unica soluzione pratica. Hanno formato una società di avvio, Rumi Scientific, che prevede di eseguire lo screening dei farmaci sui neuroloidi per condizioni come la malattia di Huntington.

Siggia definisce le mutevoli posizioni del governo un segno del suo attuale stato di confusione mentre cerca di capire cosa sia un embrione e cosa non lo sia. Ma dice che la sua ricerca non è influenzata: non siamo rallentati da nulla di tutto ciò. Usiamo solo fondi privati.

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