Model Embrio Paling Canggih Namun Meniru Dua Minggu Pertama Perkembangan Manusia

Model Embrio Paling Canggih Namun Meniru Dua Minggu Pertama Perkembangan Manusia

Stempel Waktu: 12 September 2023 3
Model Embrio Paling Canggih Namun Meniru Dua Minggu Pertama Perkembangan Manusia Kecerdasan Data PlatoBlockchain. Pencarian Vertikal. Ai.

Lupakan sperma bertemu sel telur.

Dengan menggunakan sel induk manusia, para ilmuwan telah menciptakan struktur mirip embrio manusia di dalam cawan petri. Gumpalan yang dikembangkan di laboratorium ini mengembangkan banyak struktur yang menyerupai embrio manusia setelah ditanamkan ke dalam rahim—sebuah tonggak penting bagi kesuburan—dan bertahan setidaknya 14 hari.

Satu dekade yang lalu, pembuatan struktur mirip embrio, atau embrioid, tanpa sel reproduksi akan tampak menggelikan. Namun seiring dengan semakin banyaknya ilmuwan yang memetakan perjalanan molekuler yang berbelit-belit menuju konsepsi manusia, kini semakin mungkin untuk menghilangkan sperma dan sel telur agar dapat mengintip ke dalam “kotak hitam” perkembangan awal manusia.

Ini masih terdengar seperti eksperimen Frankenstein. Namun upaya ini bukanlah keingintahuan ilmiah yang mengerikan. Sangat sedikit yang diketahui tentang beberapa minggu pertama kehamilan manusia, ketika perkembangan sering kali cenderung tidak berjalan baik. Mempelajari model yang meniru tahap-tahap awal ini—tanpa kontroversi sampel biologis—dapat membantu pasangan yang berjuang untuk hamil dan mengungkap misteri keguguran dini.

Sebuah studi baru yang diterbitkan di Alam dari veteran embrioid Dr. Jacob Hanna kini memajukan jadwal kehamilan di laboratorium. Tim tersebut mengubah sel induk embrio manusia menjadi embrioid yang memodelkan embrio manusia purba. Seperti rekan biologisnya, gumpalan berbasis laboratorium mengembangkan “lapisan” utama jaringan yang menentukan tahap awal perkembangan manusia.

“Dramanya di bulan pertama, sisa delapan bulan kehamilan kebanyakan banyak pertumbuhan,” tersebut Hana. “Tetapi bulan pertama itu sebagian besar masih berupa kotak hitam. Model embrio manusia yang diturunkan dari sel induk kami menawarkan cara yang etis dan mudah diakses untuk mengintip ke dalam kotak ini.”

Resep untuk Embrioid

Dua tahun lalu, tim yang sama merilis hasil yang luar biasa: telur dan sperma tidak diperlukan untuk memicu kehidupan, setidaknya pada tikus. Dengan menggunakan sel induk tikus, tim menemukan sup kimia yang dapat mendorong sel menjadi struktur mirip embrio di dalam cawan petri.

“Embrio adalah mesin pembuat organ terbaik dan bioprinter 3D terbaik—kami mencoba meniru fungsinya,” tersebut Hana saat itu.

Idenya tampaknya relatif sederhana: semua sel embrio berpotensi menjadi jenis sel lainnya. Tapi sel-sel ini juga sangat sosial. Bergantung pada lingkungannya—misalnya, sinyal kimia atau hormonal apa yang diterimanya—mereka mengatur dirinya sendiri ke dalam jaringan.

Kultur embrioid bergantung pada dua kemajuan, keduanya berasal dari laboratorium Hanna.

Seseorang menempatkan sel induk yang dikembalikan ke keadaan yang benar-benar naif—sebuah tabula rasa yang menghapus identitas apa pun. Kita sering menganggap sel induk sebagai kumpulan yang seragam, namun sebenarnya mereka berada pada spektrum perkembangan. Setiap langkah maju memandu perkembangan sel menuju jenis sel atau organ tertentu. Namun, sel induk yang naif berpotensi tumbuh di bagian tubuh mana pun.

Melakukan reboot sepenuhnya ke sel induk yang naif mempermudah integrasi sel induk ke dalam inangnya—terlepas dari apakah sel tersebut ada pada manusia atau tikus.

Kemajuan lainnya adalah perangkat yang dikontrol secara elektronik yang memandikan embrio dengan gelombang nutrisi. Seperti alat pacu jantung, pompa ini menyimulasikan bagaimana nutrisi menyapu embrio di dalam rahim, sekaligus mengontrol kadar oksigen dan tekanan atmosfer.

Di sebuah studi proof-of-concept, sebagian kecil sel dari tikus dibentuk menjadi struktur mirip embrio. Mereka berkembang serupa dengan rekan-rekan alami mereka hingga kira-kira setengah dari usia kehamilan normal mereka. Pada usia delapan hari, embrioid sudah memiliki jantung yang berdetak, sel darah dalam sirkulasinya, otak kecil dengan lipatan klasiknya, dan saluran pencernaan.

“Jika Anda memberikan kondisi yang tepat pada embrio, kode genetiknya akan berfungsi seperti garis domino yang telah ditentukan sebelumnya, disusun berjatuhan satu demi satu,” tersebut Hanna dalam wawancara sebelumnya. “Tujuan kami adalah untuk menciptakan kembali kondisi tersebut, dan sekarang kami dapat menyaksikan, secara real time, setiap domino akan menyerang domino berikutnya.”

Hampir Manusia

Tikus bukanlah manusia. Hanna sangat sadar, dan penelitian baru ini menjembatani jurang tersebut.

Langkah pertama? Siapkan sel induk manusia dengan mengembalikannya ke keadaan naif.

Dengan bahan mentah yang ada di tangan, tim selanjutnya memberi sel-sel tersebut identitas berbeda, yang disebut garis keturunan. Beberapa di antaranya berkembang menjadi sel yang akhirnya membentuk embrio. Yang lainnya berubah menjadi sel pendukung, seperti sel yang membentuk plasenta atau membentuk kantung kuning telur—berbentuk kecil dan bulat multitasking yang mendukung kesehatan embrio yang sedang berkembang.

Dengan kata lain, embrio manusia yang berkembang awal merupakan ekosistem yang kompleks. Jadi, tidak mengherankan jika mendorong sel induk yang naif ke dalam berbagai peran telah lama luput dari perhatian para pembuat embrioid. Namun setiap garis keturunan menjadi sangat diperlukan setelah langkah besar dalam perkembangan awal manusia, yaitu implantasi, terjadi. Ketika embrio yang telah dibuahi menempel pada dinding rahim, hal itu memicu banyak sekali perubahan yang penting untuk perkembangan selanjutnya. Itu juga saat sering terjadi kehilangan embrio.

Studi baru ini memperbesar tahap pasca-implantasi, menggunakan kembali protokol embrioid tikus sebelumnya untuk menghasilkan embrioid manusia yang dapat mengatur dirinya sendiri. Anehnya, ternyata lebih sederhana.

Mereka harus merekayasa sel induk tikus secara genetis untuk mendorong mereka menuju garis keturunan yang berbeda, kata tim tersebut. Pada sel manusia, mereka hanya mengubah wadah nutrisi—tidak memerlukan gen tambahan—untuk mengaktifkan program genetik dalam sel induk, mengubahnya menjadi ketiga jenis jaringan pendukung.

Saat embrioid semakin matang, tim menggunakan serangkaian alat molekuler dan genetik untuk menguji kesetiaannya. Secara keseluruhan, strukturnya menyerupai arsitektur 3D embrio manusia yang berkembang secara alami antara 7 hingga 14 hari setelah pembuahan. Beberapa sel bahkan memompa human chorionic gonadotropin (hCG), hormon yang digunakan untuk tes kehamilan di rumah. Menyeka sekresi sel ke tongkat memberikan hasil positif garis ganda.

Secara keseluruhan, embrioid menunjukkan tanda-tanda perkembangan penting dari embrio yang ditanamkan, kata tim, tanpa memerlukan pembuahan atau interaksi dengan rahim ibu.

[Embedded content]

Ras Embrio

Tim Hanna bukan satu-satunya yang mendorong embrioid maju.

Pada bulan Juni tahun ini, dua tim lain embrioid yang direkayasa yang meniru embrio manusia setelah implantasi. Resep dan bahannya berbeda dengan Hanna. Sebuah penelitian, misalnya, memasukkan sejumlah faktor genetik kuat yang mendorong sel induk menjadi jaringan pendukung.

Para ilmuwan masih belum sepakat mengenai embrioid mana yang paling mirip dengan embrio alaminya. Namun, mereka sepakat dalam satu aspek: sel induk, dalam kondisi yang tepat, memiliki kemampuan luar biasa untuk mengatur dirinya sendiri menjadi struktur mirip embrio yang semakin canggih.

Untuk saat ini, embrioid 14 hari disebut-sebut sebagai “paling maju" belum.

Empat belas hari adalah batas waktu yang ketat untuk penelitian embrio alami manusia di banyak negara, karena embrio tersebut tidak dapat dibiakkan lebih lanjut di laboratorium. Namun, embrioid tidak memenuhi definisi embrio dan tidak tunduk pada batasan 14 hari. Dengan kata lain, embrioid manusia dapat dikultur lebih lanjut seiring dengan perkembangan waktu. Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa secara teknologi hal ini mungkin dilakukan pada tikus, dengan sel induk yang mengembangkan organ semi-fungsional.

Jika Anda merasa sedikit takut—Anda tidak sendirian. Embrioid berkembang ke tahap-tahap selanjutnya dalam perlombaan senjata untuk membuka kotak hitam perkembangan manusia awal. Untuk saat ini, embrioid yang tumbuh dari sel induk embrio manusia harus mematuhi peraturan yang berlaku. Namun, produk yang terbuat dari sel induk terinduksi—seringkali menggunakan sel kulit yang diubah menjadi seperti sel induk—tidak tunduk pada aturan apa pun.

Jelasnya, embrioid tidak memiliki kapasitas untuk berkembang sepenuhnya menjadi manusia. Namun, sebuah Studi terbaru pada monyet menunjukkan bahwa mereka dapat menginduksi kehamilan ketika ditransplantasikan ke dalam rahim—meskipun dalam kasus ini, embrioid dihentikan secara cepat dan alami. Perdebatan mengenai apakah dan bagaimana mengatur gumpalan seluler ini masih berlangsung.

Untuk saat ini, tim Hanna fokus merevisi resep mereka untuk meningkatkan efisiensi. Namun sebagai tujuan jangka panjang, mereka berharap dapat mengembangkan embrioid lebih jauh lagi untuk melihat apakah mereka dapat mengembangkan organ yang belum sempurna. Eksperimen ini “akan memberikan wawasan mengenai jendela perkembangan manusia awal yang sebelumnya tidak dapat diakses,” kata mereka.

Gambar Kredit: Weizmann Institute of Science

Stempel Waktu:

Lebih dari Hub Singularity