Uma gravidez dura em média 38 semanas. 38 semanas em que um ser humano completo se desenvolve. Braços, pernas, ossos, pele e cabelo, coração, pulmões e cérebro. Vários órgãos e tecidos.
"No meio da terceira semana temos um e meio a dois milímetros de comprimento. Só posso me maravilhar que nesses dois milímetros a semente de tudo o que seremos já esteja lá." Depois de duas semanas, a composição do sistema nervoso nos torna indivíduos. Depois de quatro temos cima, baixo, esquerda e direita. Depois de cinco semanas, o coração está batendo.
"O que vejo aqui é um blastocisto que já se expandiu e emergiu de sua casca protetora. Parece uma cavidade com uma pequena bolha de células de um lado." Se algumas células se tornarão uma pessoa inteira e saudável é decidido no início da vida. Aqui estão as razões para abortos precoces e doenças graves. Mas também há uma esperança crescente de que em breve será possível evitá-lo.
"Pesquisa de embriões de consumo" permitida na Inglaterra
"Na verdade, há muita coisa acontecendo nesta área agora." A chamada pesquisa de embriões de consumo é proibida na Alemanha. Na Inglaterra, porém, é permitido até o dia 14. Uma autoridade supervisora emite as licenças. E o grupo de trabalho de Kathie Niakan no Francis Crick Institute em Londres tem essa licença.
Sophie Brumm é uma estudante de doutorado aqui. Ela fica em uma sala sem janelas cheia de incubadoras, microscópios e bancadas de laboratório estéreis para trabalhar com os embriões. "Neste tanque de nitrogênio, que é fechado com uma trava, armazenamos os embriões humanos que recebemos como doações de clínicas de fertilidade. Eles são congelados em pequenos canudos de plástico em nitrogênio líquido. E aqui podemos descongelá-los."
Estes são embriões excedentes de tratamentos de fertilidade. Kathy Niakan: "A maioria dos casais faz de tudo para doar esses embriões para pesquisa porque sabem que somente mais pesquisas podem melhorar a eficiência da fertilização in vitro. Eles próprios também se beneficiaram da pesquisa com embriões. É por isso que a maioria das pessoas sente que quer devolva algo. É um material que de outra forma seria destruído."
Exames só permitidos até ao dia 14
"Por exemplo, estes são os canudos e os recipientes nos quais os canudos são armazenados." "Qual é o tamanho desse embrião?" "Muito menores do que você imagina. Entre 200 e 300 mícrons de diâmetro. Eles são pequenos assim. Você pode vê-los em um líquido a olho nu."
Só podem ser examinados em laboratório até aos 14 dias de idade. Então seu desenvolvimento é interrompido. Sophie Brumm ainda se lembra do momento em que trabalhou com um embrião humano pela primeira vez:
"É intimidador - porque o material com o qual você está trabalhando é incrivelmente precioso e temos tão poucos embriões disponíveis. Cada um conta e é por isso que você deve pensar com muito cuidado em cada experimento que planeja fazer para obter a quantidade máxima de informações. Não é como embriões de camundongos, onde você pode usar centenas de cada vez. Na verdade, é apenas um ou dois de cada vez. E quando você os transfere de uma placa de Petri para outra, você precisa ter certeza. É causa palpitações de coisas certas."
Uma pequena parte das células tem um potencial especial
Kathy Niakan: "Focamos nos primeiros sete dias do desenvolvimento humano, que é a partir do ponto em que um óvulo foi fertilizado por um espermatozóide. No primeiro dia é um embrião com dois pró-núcleos fertilizados, no No segundo dia divide-se em duas células, e assim sucessivamente, até formar uma pequena bola de cerca de 200 células, denominada blastocisto.
Nesses sete dias, o embrião ainda não se implantou no útero. Erros agora podem ter consequências fatais. Se o gene errado se tornar ativo na hora errada, a gravidez pode terminar prematuramente.
"Das 200 células que compõem o blastocisto, apenas uma pequena fração - talvez sete a 10 células - tem o potencial único de dar origem ao feto completo. Portanto, estamos estudando as propriedades moleculares dessas sete a dez células de 200."
Experiências com tesouras de genes CRISPR/Cas9
Sophie Brumm: "O que você pode ver aqui ao lado são pequenas pipetas e slots onde você pode conectar pipetas adicionais para a injeção. Você pode usá-las para manipular o embrião, injetar algo em células individuais e, assim, conduzir experimentos."
Este dispositivo também foi usado para realizar os experimentos mais importantes de Kathy Niakan até o momento. Usando a tesoura do gene CRISPR/Cas9, ela desligou especificamente um gene nas células de embriões humanos que contém as instruções de construção da proteína Oct4. "Esta proteína tem sido estudada em camundongos por muitos, muitos anos. Portanto, sabemos que, se inativarmos o Oct4, a placenta não se desenvolverá adequadamente no camundongo".
Sem a proteína, as células da placenta se formam no embrião do camundongo em lugares onde não deveriam estar. Mas nos experimentos com embriões humanos, Kathy Niakan e sua equipe observaram algo completamente diferente. "Você desliga o gene e o programa para a placenta não funciona mais. Isso nos mostra que a proteína é extremamente importante em humanos porque inicia o desenvolvimento da placenta. Não teríamos descoberto isso no camundongo."
(imago/Biblioteca de Fotos Científicas)
Por que a tesoura genética está revolucionando a biologia e a medicinaCRISPR-Cas9, a chamada tesoura genética, é considerada a bala de prata da biologia molecular. Com o método, os blocos de construção do DNA podem ser remodelados ou removidos com precisão.
Pesquisa em embriões de camundongos transferíveis para humanos apenas de forma limitada
Afinal, o modelo do mouse é bom? "Sabemos que existem diferenças importantes entre nossas espécies, mas usamos o mouse como um substituto para estudar nossa própria biologia. Se algo é tão diferente, precisamos saber disso porque é uma informação realmente crucial."
Nick Hopwood, biólogo do desenvolvimento e historiador da Universidade de Cambridge: "Desde o início do século 19, a embriologia tenta entender como os corpos complexos se desenvolvem a partir de origens simples. E como humanos, é claro que somos particularmente curiosos sobre os corpos humanos. O problema com isso é que é extremamente desafiador porque o desenvolvimento humano está escondido dentro de corpos grávidos."
Em vez disso, a pesquisa foi feita em animais. Primeiro em galinhas e outros animais de fazenda, depois especialmente em camundongos. "Mas também há uma longa tradição entre os anatomistas sobre o que era possível fazer com material humano. Desde o final do século 18, os anatomistas coletam material de mulheres que abortaram ou abortaram."
Isso resultou em séries de desenvolvimento e séries de cortes. "Mas também havia coisas que eles não podiam fazer. Por exemplo, eles não tiveram nenhuma preparação desde as duas primeiras semanas de desenvolvimento."
A fertilização in vitro levanta uma série de questões éticas - desde o manuseio de embriões excedentes até "bebês projetados" (www.imago-images.de)
A fertilização in vitro aumenta o medo de abuso
Assim, na década de 1930, os médicos nos Estados Unidos pediram às mulheres que estavam removendo o útero, os ovários e as trompas de falópio que anotassem informações sobre seu ciclo menstrual e qualquer relação sexual nas semanas anteriores ao procedimento. Se os cientistas encontrassem embriões nos órgãos removidos, eles poderiam deduzir sua idade aproximada.
"Eles conseguiram coletar vários embriões muito precoces, que se tornaram o padrão para as duas primeiras semanas. Eles ainda são amplamente usados para ilustrações em livros didáticos hoje. É um exemplo de que, de certa forma, muito já foi feito foi antes da fertilização in vitro. Mas é claro que a fertilização in vitro mudou muito as coisas naquela época.
Com a nova tecnologia veio o medo do abuso. No início dos anos 1980, o Comitê Warnock reuniu-se na Inglaterra para discutir a regulamentação. Após extensa discussão, o comitê decidiu limitar a 14 dias o tempo que os embriões humanos podem ser cultivados e examinados no laboratório. A partir daí, não é mais possível que um embrião se transforme em dois, ou seja, gêmeos, pois a coluna é formada com a chamada linha primitiva. Nesse ponto, o embrião se torna um indivíduo.
O limite de 14 dias foi um compromisso político
Mas esse não foi o principal motivo da decisão. Andy Greenfield, biólogo e ex-membro de um comitê da Agência de Embriologia e Fertilização Humana, o regulador do Reino Unido para o manuseio de embriões humanos: "Foi um acordo político. Não era uma linha moral clara e não deveria ser. Era uma linha prática e pragmática. Ninguém está dizendo que um embrião de 13 dias não tem nenhum valor moral, enquanto no dia 15, por exemplo, é uma pessoa. Também foi um compromisso porque, em por um lado, havia pessoas que não queriam permitir a pesquisa em embriões. Outros queriam extensa pesquisa em embriões. Daí o compromisso: 'Dizemos que você só pode cultivá-los por 14 dias.'"
Josephine Johnston, pesquisadora jurídica do Hastings Center, uma organização de bioética em Garrison, EUA: "Acho que o que atraiu as pessoas que acolheram os 14 dias naquela época foi que eles sentiram muito tempo ao mesmo tempo , eles sentiram bem antes do ponto em que o embrião começaria a se parecer com uma pessoa, como um ser humano com braços e pernas, ou outras coisas que as pessoas associam a fetos ou bebês muito antes disso, então parecia um lugar seguro. "
Mas a fronteira também era considerada segura por outro motivo: não era tecnicamente acessível. Andy Greenfield: "Eles sabiam que no final dos anos 80 ninguém iria cultivar embriões por mais de sete ou oito dias. Eles pensaram que, além dos oponentes absolutos que estavam claramente insatisfeitos e ainda estão, todos os outros ficariam satisfeitos por muitos anos. E eles estavam certos."
A implantação é um marco crucial no desenvolvimento embrionário (IMAGO / StockTrek Images)
O Nestment desencadeia a reorganização celular
No quinto ou sexto dia após a fertilização, o embrião humano começa a se implantar no revestimento uterino. Se a implantação falhar, o embrião também é perdido. Ele precisa de contato com os tecidos de sua mãe para se desenvolver adequadamente.
Martha Shahbazi do MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge: "Quando o embrião se implanta, ele muda completamente de forma. Há uma enorme reorganização da forma das células. E é também quando as células começam a tomar decisões sobre como eles avançam. Essas duas coisas estão acontecendo ao mesmo tempo."
No início da implantação, um blastocisto consiste em cerca de 200 células, das quais apenas uma pequena parte forma o embrião. Mas como é determinado o futuro destino dessas células? Qual se torna músculo e qual célula nervosa? Durante muito tempo não havia como examinar esta fase, que é muitas vezes chamada de "caixa preta". Até cerca de quatro anos atrás. Marta Shahbazi acabara de iniciar seu pós-doutorado no grupo de trabalho da bióloga do desenvolvimento Magdalena Zernicka-Goetz na Universidade de Cambridge. "Na época, eles tinham acabado de desenvolver um método para cultivar embriões de camundongos além da implantação. Portanto, a próxima pergunta óbvia era: 'Podemos fazer o mesmo com embriões humanos?'"
A fim de permitir que os embriões cresçam além do tempo de implantação sem contato com o tecido materno, eles receberam uma solução nutritiva especial e também foram inseridos em um meio semelhante a gel. E, de fato, nesse ambiente, os embriões continuaram a se desenvolver por conta própria. No dia 13, cerca de uma semana inteira a mais do que era possível anteriormente.
Pesquisa sobre embriões com defeitos cromossômicos
Enquanto isso, Marta Shahbazi está realizando pesquisas com seu próprio grupo no MRC Molecular Biology Laboratory em Cambridge e obteve importantes insights. "Um exemplo perfeito disso é o nosso estudo de embriões que têm anormalidades cromossômicas. Agora podemos ver como seu desenvolvimento prossegue após o estágio de blastocisto."
A cada divisão celular, os cromossomos, nos quais o material genético é empacotado, devem ser distribuídos para as duas novas células. Nada pode faltar, nada pode ser demais. Os defeitos cromossômicos geralmente estão por trás dos abortos espontâneos precoces. É por isso que esses blastocistos anormais são normalmente destruídos em clínicas de fertilidade. Mas Marta Shahbazi os trouxe para seu laboratório.
"Então, pegamos esses embriões e os cultivamos por mais tempo e depois os cortamos e examinamos os conjuntos de cromossomos das células individuais. Para a maioria deles, encontramos os mesmos resultados das investigações anteriores, mas para alguns não havia concordância entre os diagnósticos no estágio de blastocisto e o que observamos posteriormente."
Em um caso particularmente impressionante, todas as células examinadas em um embrião em estágio de blastocisto mostraram anormalidades cromossômicas. Quando Marta Shahbazi e seus colegas analisaram o mesmo embrião novamente, eles não encontraram mais nenhum desvio. "Como podemos explicar isso? Talvez o embrião tenha se livrado das células defeituosas durante o desenvolvimento. E também tinha o potencial de continuar se desenvolvendo porque se livrou das células defeituosas."
O diagnóstico pré-implantação é eticamente controverso - é possivelmente menos significativo do que se supõe? (IMAGO/epd)
Testes genéticos apenas de valor limitado?
Já existem evidências de que o embrião inicial é capaz de fazer isso. Essa capacidade é chamada de plasticidade e é de particular interesse para Marta Shahbazi. No entanto, também é concebível que nem todas as células do embrião apresentem o mesmo distúrbio cromossômico desde o início e que as células doentes tenham sido acidentalmente removidas durante a primeira biópsia.
"De certa forma, isso também mostra o poder limitado do teste genético de embriões neste estágio inicial. Há um grande debate sobre se o teste genético é bom ou não neste estágio."
O trabalho de Marta Shahbazi forneceu oportunidades para examinar uma fase anteriormente inacessível do desenvolvimento humano e talvez responder a essas questões. Mas também chegou mais perto do limite de 14 dias do que qualquer outro antes. Ela gostaria de estudar os embriões por mais tempo? "Acho que, quando você pensa sobre isso, já temos sete dias extras, isso é bastante. E há muito que podemos fazer com esses sete dias, então não acho que a regra dos 14 dias deva ser alterada imediatamente. ... Mas é claro que também há pessoas como Alfonso que se interessam pela gastrulação. Não poderíamos estudá-las em embriões humanos."
O olhar delicado por trás do limite de 14 dias
Alfonso, com isso ela se refere a um colega espanhol cujo interesse está além do limite de 14 dias e, portanto, em território proibido. Alfonso Martinez-Arias: "Estou surpreso que depois de cinco semanas de desenvolvimento, quando temos cerca de um ou dois milímetros de comprimento, o germe de qualquer órgão está lá e o coração começa a bater. Para dois milímetros, isso é bastante notável. É a semente foi plantada para tudo o que nos definirá."
Alfonso Martinez-Arias trabalhou na Universidade de Cambridge por 40 anos. Ele recentemente mudou seu laboratório para a Universidade Pompeu Fabra, em Barcelona. Por causa do Brexit, diz ele. Mas também porque espera mais liberdade para suas pesquisas na Espanha. Martinez-Arias estuda a gastrulação. Essa transição fascinante entre a terceira e a quinta semana, quando o embrião ganha frente e costas, cima e baixo, esquerda e direita. Como a gastrulação ocorre após a implantação e além da marca de 14 dias, ela não pode ser estudada em embriões em laboratório.
Alfonso Martinez-Arias se perguntou como deveria ser uma alternativa. "Poderíamos recriar parte do que está acontecendo no embrião? E com isso quero dizer não apenas fazer diferentes tipos de células, mas também criar estruturas que se assemelhem ao embrião. Foi isso que motivou nossa pesquisa. Porque, como eu disse, essa é a única maneira de acessá-lo para chegar a esses estádios interessantes."
Gastruloides como objetos de pesquisa substitutos
A equipe cultivou células-tronco em diferentes meios de cultura, adicionou moléculas de sinalização bioquímica - e esperou. "E então, um dia, vimos esses objetos. Eles estavam fazendo coisas semelhantes à gastrulação e formando essas estruturas de três eixos dispostas de uma maneira característica de um embrião."
À primeira vista, os gastrulóides, como Martinez-Arias os chama, parecem nada espetaculares. Vermes curtos e gordos de cerca de trezentas células, ligeiramente dobrados em uma extremidade. Seu estado de desenvolvimento corresponde aproximadamente ao de um embrião na terceira semana. Alfonso Martinez-Arias conseguiu cultivá-los em laboratório por até 96 horas. Os gastrulóides não poderiam se desenvolver em um feto completo porque faltam os precursores das células nervosas das quais o cérebro se desenvolveria mais tarde. No entanto, os gastrulóides oferecem novas oportunidades de pesquisa. Como surgem os defeitos de desenvolvimento, como defeitos cardíacos congênitos? Isso poderia ser melhor estudado em gastrulóides do que em organoides, as versões em miniatura dos respectivos órgãos cultivados a partir de células-tronco que estão disponíveis há vários anos.
"Certos órgãos precisam de troca: eles precisam se comunicar com diferentes tecidos, diferentes tipos de células. O coração é um órgão muito complexo. essa é uma das vantagens de um sistema integrado de órgãos. Precisamos de um sistema que permita a interação de todos os órgãos."
Limite de 14 dias para modelos de células-tronco suspenso
Para que o plano do corpo humano seja traçado corretamente, não basta que os genes certos estejam ativos no momento certo. Estímulos mecânicos e químicos também são importantes. "Agora podemos entender algo assim porque os gastrulóides nos permitem estudar o que as células sentem. Podemos estudar os sinais mecânicos e geométricos que as células precisam para se organizar. Isso não era possível antes."
Alfonso Martinez-Arias pode fazer o que acha que faz sentido com os gastrulóides - ou também esbarra em limites éticos? "Veja bem, um simulador de vôo não é um avião. É um simulador que permite fazer coisas que você nem gostaria de fazer com um avião. Porque não é um avião."
Anteriormente, o limite de 14 dias se aplicava tanto a embriões quanto a embriões naturais. Foi apenas em maio de 2021 que a International Society for Stem Cell Research levantou essa restrição. Modelos de células-tronco como os gastrulóides de Barcelona podem agora ser estudados indefinidamente. Uma decisão controversa para Josephine Johnston: "Quanto mais semelhante algo for a um embrião humano, em seu desenvolvimento, função e forma, mais provável será que levante as mesmas preocupações. Percebo que é um problema inerente, em um continuum a linha e não tenho uma solução elegante para isso, mas naquela área cinzenta onde algo parece um embrião, mas não exatamente - é aí que realmente começa a importar por que alguém acha que a pesquisa é importante e o que pode ser ganho com isto."
Os modelos de embriões têm limitações
Os modelos de embriões têm claras vantagens. Mas também têm limites. Andy Greenfield: "Você precisa da coisa real para julgar o quão representativos eles são. Caso contrário, estaremos em uma nova caixa preta e não sabemos se o que estamos vendo é representativo do que está acontecendo dentro do útero."
Mas aqui também a resistência está desmoronando. Em suas novas diretrizes, a International Society for Stem Cell Research sugere abandonar o limite absoluto de 14 dias para embriões naturais e, em vez disso, olhar para o outro lado, o de abortos espontâneos, danos graves ao desenvolvimento ou defeitos genéticos, para os quais poderia haver terapia, se um foi autorizado a fazer pesquisas. Após o exame mais rigoroso, os comitês de ética poderiam aprovar projetos caso a caso. Por exemplo, para obter resultados de pesquisas com gastrulóides ou outros embrióides. Para que a pesquisa com esses modelos de embriões possa progredir.
Para a Grã-Bretanha, Andy Greenfield pode imaginar uma abordagem passo a passo: "Você teria que fazer as mesmas coisas de antes. Portanto, justifique por que você precisa de embriões humanos e não pode trabalhar com animais. Por que você precisa de quantos e assim por diante. Sim, então surgiria uma nova caixa que seria examinada minuciosamente por advogados e a pergunta seria: "Alguma experiência foi proposta após o dia 14?" Responder "sim" traria um conjunto de requisitos legais: Esses experimentos são claramente fundamentados? Como eles são fundamentados? Que tipo de pesquisa é essa em que fica claro que as perguntas só podem ser respondidas após o 14º dia?"
(Imago/Biblioteca de fotos científicas)
Organizações científicas pedem repensar a pesquisa com embriões Até agora, a Lei de Proteção de Embriões proibia o uso de embriões criados na Alemanha para fins de pesquisa. Duas organizações científicas estão pressionando por mudanças.
O discurso sobre a pesquisa com embriões além do limite de 14 dias continua
Com o avanço da International Society for Stem Cell Research, um processo político e um discurso social também devem começar em outros países. Josephine Johnston acredita que não são apenas os cientistas que devem discutir quais regras se aplicam:
"A pesquisa está a serviço da sociedade, a serviço do progresso e a serviço do conhecimento, e todas essas coisas precisam estar alinhadas. Elas não devem entrar em conflito. Descobrir como fazer isso é difícil. Em pesquisa embrionária "É particularmente difícil porque estamos lidando com as primeiras formas de vida humana aqui. Mas acho que é absolutamente apropriado que voltemos nossa atenção para esta área. É absolutamente certo que todos pensemos cuidadosamente sobre isso juntos."
