يعد الفهم الصحيح للتطور البشري المبكر أمرًا بالغ الأهمية إذا أردنا تحسين تقنيات الإنجاب المساعدة ومنع فقدان الحمل والعيوب الخلقية. ومع ذلك ، فإن دراسة التطور المبكر تمثل تحديًا – يتوفر عدد قليل من الأجنة البشرية ، ويخضع البحث لقيود أخلاقية وقانونية كبيرة. ظهور التقنيات التي تستخدم الخلايا المستزرعة في المختبر لبناء نماذج من أجنة الثدييات ، وبالتالي يفتح فرصًا مثيرة¹. ورقتان في طبيعة سجية تحقق الآن تقدمًا رئيسيًا في هذا المجال ، مما يدل على أن الخلايا الجذعية الجنينية البشرية² أو خلايا تمت إعادة برمجتها من أنسجة البالغين^2و3 يمكن حثها على التنظيم الذاتي في طبق ، وتشكيل هياكل تشبه الأجنة البشرية المبكرة. هذا هو أول نموذج متكامل للجنين البشري يحتوي على أنواع الخلايا المتعلقة بجميع سلالات الخلايا التأسيسية للجنين والأنسجة الداعمة له.

في الثدييات ، تخضع البويضة المخصبة لسلسلة من الانقسامات الخلوية خلال الأيام الأولى من التطور ، مما يؤدي إلى تكوين بنية تسمى الكيسة الأريمية. تحتوي الكيسة الأريمية على طبقة خلوية خارجية تسمى طبقة الأديم الظاهر ، والتي تحيط بتجويف يحتوي على مجموعة خلوية تسمى كتلة الخلية الداخلية (ICM). مع تطور الكيسة الأريمية ، يتم فصل ICM إلى مجموعتين من الخلايا المتجاورة – الأديم الخارجي والأديم السفلي (المعروف باسم الأديم الباطن البدائي في أجنة الفئران). ثم يتم زرع الكيسة الأريمية في أنسجة الرحم ، مما يمهد الطريق لحدث يسمى gastrulation ، حيث تؤدي خلايا الأديم الخارجي إلى ظهور طبقات الخلايا الأساسية الثلاث التي ستشكل الجنين بأكمله. يستمر الأديم الظاهر في تكوين معظم المشيمة ، ويشكل الأديم السفلي بعض طبقات بنية تسمى الكيس المحي ، وهو مطلوب لإمداد الدم للجنين في وقت مبكر.

الأول في المختبر نماذج لتلخيص تكوين الكيسة الأريمية باستخدام الخلايا المستنبتة (الهياكل المعروفة باسم الأريمية) تستخدم الخلايا الجذعية للفأر المقابلة للخلايا الجذعية الموجودة في الأديم الظاهر والأرومة الغاذية والأديم الباطن البدائي في الكيسة الأريمية للفأر^4–6. ومع ذلك ، لم يتم حتى الآن إنتاج أبقار بلاستويد مماثلة من الخلايا البشرية¹. استخدمت النماذج السابقة للنمو البشري المبكر الخلايا الجذعية البشرية المماثلة في النمو لخلايا الأديم الخارجي قبل الزرع وما قبل المعدة^7–9. على هذا النحو ، على الرغم من أنها يمكن أن تلخص بعض مراحل التطور البشري بعد الزرع ، إلا أنها تفتقر إلى السلالات المرتبطة بالأديم الظاهر ، أو الأرومة التحتانية أو كليهما.

في الأوراق الحالية ، يو وآخرون.² و ليو وآخرون.³ وصف المتفجرات البشرية. يبدو أن مفتاح هذه الاختراقات التكنولوجية كان ذا شقين: أولاً ، استخدام الخلايا الممثلة للأنساب في الكيسة الأريمية البشرية. والثاني ، تحسين بروتوكولات الثقافة.

يو وآخرون. بدأت بالخلايا الجذعية الجنينية البشرية ، والتي يتم اشتقاقها من الكيسات الأريمية البشرية ، أو بالخلايا الجذعية المحفزة متعددة القدرات ، والتي يتم إنتاجها من الخلايا البالغة. الأهم من ذلك ، أن كلا النوعين من الخلايا الجذعية متشابهين من الناحية التطورية مع خلايا الأديم الظاهر في الكيسة الأريمية ، ويمكن أن تؤدي أيضًا إلى ظهور سلالات مرتبطة بالأديم الظاهر والأرمة التحتانية. على النقيض من ذلك ، ليو وآخرون. تمت إعادة برمجة خلايا الجلد البالغة تسمى الخلايا الليفية لتشكيل مجموعة خلايا مختلطة تحتوي على خلايا ذات ملامح تعبير جيني مماثلة لتلك الموجودة في خلايا الأديم الظاهر والأديم الظاهر والأديم السفلي. كما هو الحال في بروتوكولات الماوس بلاستويد^4–6، تضمن كلا الأسلوبين زرع الخلايا في أطباق ثقافة ثلاثية الأبعاد تسمى ألواح Aggrewell ، ومعالجتها بوسط نمو سائل يحتوي على عوامل كيميائية للتحكم في أنشطة الإشارات اللازمة لتطور الكيسة الأريمية (الشكل 1). عالج يو وزملاؤه الخلايا بنوعين مختلفين من الوسط المستنبت على التوالي ، لتعزيز تمايز الخلايا إلى سلالات تمثل الأديم الظاهر والأديم السفلي.

وجدت كلتا المجموعتين أن الأُرَيمات البشرية ظهرت بعد 6-8 أيام من الاستنبات ، بكفاءة تشكيل تصل إلى ما يقرب من 20٪ ، مقارنة بكفاءة بروتوكولات بلاستويد الفأر.^4–6. كانت الأُرَوامات البشرية بحجم وشكل مشابهين للكيسات الأريمية الطبيعية ، مع عدد إجمالي مماثل من الخلايا. كانت تحتوي على تجويف ومجموعة تشبه ICM.

أظهر التوصيف التفصيلي للبلاستويدات (بما في ذلك تحليل التعبير على مستوى الجينوم والمقارنات مع بيانات الأجنة البشرية) أن سلالاتها الخلوية تشترك في أوجه التشابه الجزيئية مع تلك الموجودة في الكيسة الأريمية البشرية قبل الزرع. يتوافق التنظيم المكاني للأنساب المرتبطة بالأديم الظاهر والأديم الظاهر والأديم السفلي مع تلك الموجودة في الأجنة البشرية قبل الزرع. أظهرت المجموعات أيضًا أن الخلايا الأُرَمية لها خصائص أساسية لسلسلة الكيسة الأريمية – يمكن استخدام الخلايا المعزولة من الأُرُعميات لتوليد أنواع مختلفة من الخلايا الجذعية. يو وآخرون. أظهر أنه إذا تم زرع هذه الخلايا الجذعية في الكيسات الأريمية في الفئران ، فإنها تؤدي إلى ظهور خلايا يمكن أن تتكامل مع سلالات الفئران المقابلة في جنين الفأر.

بعد ذلك ، حلل الباحثون مزيدًا من التطور للأبواب باستخدام اختبار راسخ يحاكي الانغراس في الرحم في أطباق المزرعة. مثل الكيسات الأريمية ، عندما نمت الأورام الأرومية في هذا الاختبار لمدة أربعة إلى خمسة أيام ، تعلق بعضها بطبق الاستنبات واستمر في التطور. في جزء من هذه الخلايا المتفجرة المرتبطة ، تمت إعادة تنظيم ممثل النسب الخلوي للأديم الخارجي في هيكل يضم تجويفًا مركزيًا – يذكرنا بالتجويف المؤيد للسلَو ، والذي يتشكل في الأديم الخارجي للكيسات الأريمية بعد الزرع. وفي بعض الأورام الأرومية ، انتشرت سلالة الخلايا المرتبطة بالأديم الظاهر وأظهرت علامات تمايز إلى أنواع خلايا مشيمة متخصصة. يو وآخرون. لاحظ أيضًا وجود تجويف ثانٍ في سلالة الخلايا المرتبطة بالأرومة التحتانية في بعض الأُرَيمات ، على غرار تجويف الكيس المحي.

معًا ، تُظهر بيانات المجموعات أن الكائنات المتفجرة البشرية واعدة في المختبر نماذج ما قبل الزرع وتطور الكيسة الأريمية في وقت مبكر بعد الزرع. ومع ذلك ، هناك قيود ملحوظة للتغلب عليها. على سبيل المثال ، تطوير الجراثيم غير فعال ، ويختلف بين خطوط الخلايا المنتجة من مانحين مختلفين ، وبين الدُفعات التجريبية. بالإضافة إلى ذلك ، يبدو أن السلالات الثلاثة تتطور بمعدلات مختلفة قليلاً في الأجرام المتفجرة المفردة ، ويبدو أن تطور الأُرَجَمات في نفس الطبق غير متزامن. لا يزال يتعين تحسين التنظيم المكاني للسلالة المرتبطة بالأرواح الخبيثة في الأريمة. علاوة على ذلك ، تحتوي الأورام الأرومية على مجموعات خلايا مجهولة الهوية ليس لها نظائر في الكيسات الأريمية البشرية الطبيعية.

التحدي الآخر هو أن تطور الأُرَفعات يكون محدودًا في مراحل ما بعد الزرع ، على عكس الأورام المتفجرة في الفئران.^4–6. ستكون هناك حاجة إلى مزيد من التحسين للثقافة والظروف التجريبية لتحسين استزراع ما بعد مرحلة الزرع للبلاستويدات البشرية في المختبر، حتى 14 يومًا في الجسم الحي. تمنع القواعد الأخلاقية الصارمة زراعة الأجنة البشرية بعد هذه المرحلة ، عندما تبدأ الهياكل المرتبطة بالتنظيم المعدي في الظهور. أنظمة ثلاثية الأبعاد لتربية الكيسات الأريمية البشرية¹⁰، التي تعزز تطوير ما بعد الزرع بشكل فعال ، قد تساعد في تحسين قدرتنا على استنبات المتفجرات حتى هذا الحد ، من خلال الحفاظ على بنية الأنسجة الطبيعية ثلاثية الأبعاد والعلاقات المكانية بين سلالات الخلايا المختلفة في الأجرام.

تعد الأجنة البشرية أول نماذج الأجنة البشرية المشتقة من الخلايا المستنبتة في المختبر والتي تحتوي على جميع سلالات الخلايا المؤسسة للجنين والأنسجة الداعمة لها. مع تحسين البروتوكولات ، ستحاكي هذه الكيسات الكيسية البشرية عن كثب الكيسات الكيسية البشرية. سيؤدي هذا حتمًا إلى أسئلة تتعلق بالأخلاقيات البيولوجية. ماذا ينبغي أن تكون الحالة الأخلاقية للبشر المتفجرات ، وكيف ينبغي تنظيمها؟ هل يجب تطبيق قاعدة الـ 14 يومًا؟ ستحتاج هذه الأسئلة إلى إجابة قبل أن يمضي البحث عن الكائنات الحية المتفجرة البشرية بحذر. بالنسبة لكثير من الناس ، ستكون دراسة الأُرُزومات البشرية أقل تحديًا من الناحية الأخلاقية من دراسة الكيسة الأريمية البشرية الطبيعية. ومع ذلك ، قد ينظر آخرون إلى أبحاث الأجنة البشرية على أنها مسار نحو هندسة الأجنة البشرية. وبالتالي ، فإن التطوير المستمر لنماذج الأجنة البشرية ، بما في ذلك الأجنة البشرية ، يستدعي إجراء محادثات عامة حول الأهمية العلمية لمثل هذا البحث ، وكذلك حول القضايا المجتمعية والأخلاقية التي يثيرها.