In der "Black Box" der menschlichen Entwicklung

Forscher haben bald die Mittel, um Embryonen jenseits der gesetzlichen 14-Tage-Grenze zu studieren. Überwiegen das Potenzial für Fortschritte in der Medizin ethische Bedenken?


"Es ist nicht Geburt, Heirat oder Tod, sondern Gastrulation, das ist wirklich die wichtigste Zeit in Ihrem Leben."

Wenn der eminent Embryologe Lewis Wolpert schrieb diese Worte vor 30 Jahren in vom Ei zum Embryo: bestimmenden Ereignisse in der Frühentwicklung, menschliche Gastrulation – die bedeutendsten aller embryonalen Veränderungen – war so etwas wie ein unbeschriebenes Blatt. In der Tat ist es noch bezeichnet als die "Black Box" der menschlichen Entwicklung, die etwa 16 oder 17 Tage nach der Befruchtung und mehr als eine Woche, nachdem der frei schwebenden Embryo selbst an der Gebärmutterschleimhaut verankert hat.

Für alle seine Bedeutung hat niemand Gastrulation in einem menschlichen Embryo tatsächlich erlebt. Wir können folgern, es geschieht aus Studien über die Embryonen von anderen Säugetierarten und von etwas namens der Carnegie-Kollektion von menschlichen Embryonen (rund 8.000 davon hatte den 1940er-Jahren angehäuft worden) aus dem Schoß Frauen Hysterektomie unterzogen, die zu verschiedenen Zeitpunkten vor ihren Betrieb konzipiert hatte.

In jüngerer Zeit, die IVF-Revolution hat frühen menschliche Embryonen außerhalb des Körpers noch nie da gewesenen detailliert untersucht werden aktiviert, aber Gastrulation ist noch ein Geheimnis geblieben. Technische Einschränkungen haben dazu geführt, dass niemand in der Lage, ihnen lebendig viel länger als neun Tage, etwa auf halbem Weg zu den wichtigen Entwicklungsphase halten, wenn der einfachen Ball von embryonalen Zellen beginnt zu übernehmen die Identität von einem richtigen Körper Plan, mit einem Top und einem Boden und die ersten Anzeichen einer unverwechselbaren Dreischicht Gewebe, bilden Disc‑shaped "Gastrula" gewesen ist.

Jetzt dürfte sich ändern nach zwei Studien veröffentlicht im vergangenen Monat zeigen, dass es möglich ist, menschliche Embryonen bis zu 13 Tage nach der Befruchtung lebendig und Entwicklung zu halten. Die beteiligten Wissenschaftler glaubten, sie hätten noch weiter aber kurz gestoppt, weil die 14-Tage-Regel weit verbreitet auf der ganzen Welt, die besagt, dass keine menschlicher IVF-Embryonen dürfen, über diesen Punkt außerhalb der Körper einer Frau zu leben.

In Großbritannien Verletzung der 14-Tage-Regelung ist eine strafbare Handlung, sondern viele Wissenschaftler hinterfragen, ob das Gesetz geändert werden sollte. Gastrulation ist einfach zu wichtig, sagen sie, unbeobachtet, rezenter gelassen werden und letztlich unbekannt.

So dass IVF-Embryonen entwickeln durch diese kritische Phase der Entwicklung ein Spektrum von medizinischen Problemen, von Unfruchtbarkeit und wiederkehrende Fehlschläge zu angeborenen Erkrankungen wie Spina Bifida, Krebs und sogar altersbedingten Krankheiten, erhellen könnte, sagen sie.

"Wir verpassen könnte einige sehr wichtige Aspekte der menschlichen Entwicklung zu entdecken, weil wir diese Regel haben", sagt Azim Surani, Zellbiologe an der Cambridge University Gurdon Institute. "Es führt zu einer Verschwendung von Material, denn wir viele Embryonen von IVF-Behandlung übrig haben, so dass durch die Verlängerung der Frist wir ihnen in der Forschung verwenden können, um aus erster Hand Informationen über frühe menschliche Entwicklung, die viel später im Leben auswirkt. "Warum nicht nutzen optimal dieses edle Material, verlängern die Frist und nutzen es für etwas, die Fortschritte in der Medizin profitieren könnten?"

Dadurch, dass einige dieser Ersatz IVF-Embryonen, Gastrulation zu erreichen, wäre die Wissenschaftler in der Lage, einige der wichtigsten Ereignisse in der frühen menschlichen Entwicklung zu verstehen. Sie konnte, zum Beispiel unser Verständnis zur Verwendung von Stammzellen in der regenerativen Medizin oder informieren Sie uns über die wichtigsten Phasen in der Entwicklung von "primordialen Keimzellen" verwandeln die gehen auf Spermien und Eizellen produzieren. Diese Keimzellen sind effektiv unsterblich, denn sie kontinuierlich durch die Generationen weitergegeben werden und zu wissen, wie sie während der Gastrulation bilden dazu beitragen könnte, Spermien und Eizellen im Labor von Hautzellen, bereits in der Maus erreicht.

"Mein besonderes Interesse gilt den Ursprung des primordialen Keimzellen und diejenigen sind wahrscheinlich bei rund um den 17. Tag nur zum Zeitpunkt der Gastrulation angegeben." So weil wir menschliche Embryonen nicht studieren können zu diesem Zeitpunkt wegen der 14-Tage-Regel wir wichtige Aspekte der menschlichen Entwicklung zu verpassen, sind,"erklärt Surani.

"Die Vorläuferzellen, die gehen, um Blut, Muskeln, Darm oder was auch immer alle hier vorgenommen werden. Dies ist der Ausgangspunkt der wichtigsten Entscheidungen im Leben, so dass Lewis Wolpert Recht hatte – das ist das eigentliche Geschäft der Entwicklung beginnt."

Viele Wissenschaftler sehen die 14-Tage-Regel als Anachronismus. Es lassen sich zurückverfolgen bis 1979, als es als eine Begrenzung durch den Ethik-Beirat des US Department of Health, Bildung und Wohlfahrt vorgeschlagen wurde, knapp ein Jahr nach der Geburt von Louise Brown, das weltweit erste IVF-Baby. Im Jahr 1984 wurde es in Großbritannien vom Ausschuss Warnock gebilligt dessen bahnbrechenden Bericht die Grundlage von der 1990 Human Fertilisation and Embryology Act wurde.

Die Logik hinter eine 14-Tage-Grenze war eine eigenartige Kombination des religiösen und wissenschaftlichen Denkens. Es war der Punkt als twinning – die natürliche Aufspaltung eines Embryos in zwei weitere Embryonen – unmöglich wurde, so einige Theologen zufrieden waren, mit der Begründung, davor die "Seele" nicht hatte eingegeben des Embryos, sonst hätte Zwillinge die gleiche Seele, eine theologische Rätsel zu weit zu teilen.

Ein weitere wissenschaftlicher Grund für 14 Tage war, dass es vor der Erscheinung der "primitive Streak", eine Reihe von Geweben, die eindeutig den Fötus und Baby werden, anstatt die extraembryonalem Gewebe der Plazenta.

"Es ist vor der Bildung der primitive Streak, und die ersten Anzeichen der nervösen Systementwicklung, so das Argument es war war gut, bevor Embryonen möglicherweise etwas fühlen konnte. Natürlich, sie sind nicht in der Tat wollen nichts erst Monate später zu spüren, denn dann Sie haben Nerven, differenziert ", erklärt Robin Lovell-Badge, ein Säugetier Genetiker am Francis Crick Institute in London.

"Die 14-Tage-Regel war ein Kompromiss zwischen der wissenschaftlichen und nichtwissenschaftlichen Argumenten. Aber sicherlich zu dieser Zeit war es eine philosophische als eine praktische Begrenzung gegeben, dass es erst jetzt, dass es etwa normale Entwicklung über sieben Tage aufrechterhalten werden konnte."

Dies änderte sich letzten Monat mit der Veröffentlichung von zwei Studien, die zeigen, dass es möglich, Kultur menschlicher Embryonen in vitro bis hin zu dem gesetzlichen Grenzwert war. Einer wurde von Magdalena Zernicka-Goetz in Cambridge, geführt, die auf ihre Arbeit von zwei Jahren zeigt, wie Mausembryonen hergestellt werden können, zu lange außerhalb des Körpers mit ein wenig Hilfe von 3D Gerüst Material und einige zusätzliche Wachstumsfaktoren und Hormone hinzugefügt, um die IVF Kulturmedium Leben gebaut.

Was war überraschend, nach ihr Papier in Nature Cell Biology, war die angeborene Fähigkeit des menschlichen Embryos, "selbst organisieren" selbst in Ermangelung einer Gebärmutter in die markante, scheibenförmige Schichten von Geweben, die erscheinen mehrere Tage nach Implantation stattgefunden hat.

"Implantation ist ein Meilenstein in der menschlichen Entwicklung, wie es aus dieser Phase ab, die der Embryo beginnt wirklich Gestalt annehmen und der Gesamtplan Körper entschieden," sagte Dr. Zernicka-Goetz zum Zeitpunkt der Veröffentlichung.

"Es ist auch das Stadium der Schwangerschaft, bei denen viele Entwicklung Mängel erworben werden können. Aber bis jetzt wurde es unmöglich, diese in menschlicher Embryonen zu studieren. Diese neue Technik bietet uns eine einmalige Gelegenheit, ein tieferes Verständnis für unsere eigene Entwicklung während dieser entscheidenden Phasen erhalten und uns helfen zu verstehen, was passiert, zum Beispiel bei Fehlschlag."

Ein Ansturm von Aufregung folgte die Veröffentlichung der beiden Studien, die zweite (in Natur) wird aus dem Labor von Ali Brivanlou an der Rockefeller University in New York. Zum ersten Mal schien Wissenschaftler erworben haben, die technische Möglichkeiten zur Verletzung der gesetzlichen Grenze, ein bisschen wie plötzlich mit Autos, die schneller als 70 km/h auf der Autobahn gehen könnte. So war die naheliegende Frage, warum auch nicht?

Peter Donovan, Experte für molekulare Genetik und Stammzell-Entwicklung an der University of California, Irvine, fasste das Vista Möglichkeiten: "vielleicht könnten wir beginnen zu verstehen die Konsequenzen der fetale Alkoholsyndrom, die potenziellen Ursachen des Autismus zu studieren und herauszufinden, warum einige Umweltchemikalien Entwicklung beeinflussen können. Vielleicht, wir z. B. möglicherweise in der Lage, schneller zu verstehen, was der Zika-Virus mit Embryonen verursachen große Probleme mit der Entwicklung des Gehirns macht."

In den USA, wo die Anti-Abtreibungs-Bewegung mehr historisch diese Art der wissenschaftlichen Forschung als in Großbritannien geprägt hat, gibt es Sirenengesang Vorsicht drängen. Henry Greely, Direktor des Zentrums für Recht und den Biowissenschaften an der Stanford School of Medicine, sagt, dass die 14-Tage-Grenze durchbrochen werden sollte nicht, nur weil es jetzt möglich ist.

"Ehrlich gesagt, bin ich nicht überzeugt... Angesichts des fragwürdigen wissenschaftlichen Wertes der Forschung, keinesfalls erzielt wurden sogar Wiederaufgreifen der Linie, geschweige denn zu verändern,"sagt er.

Philosoph Françoise Baylis, Bioethiker an der Dalhousie University in Kanada, ist mehr bissig: "ist es nicht etwas ironisch, die bei der vereinbarten Grenze möglicherweise schließlich praktisch relevant – was bedeutet, dass es funktionieren könnte, um Wissenschaftler zu tun, etwas, was sie vielleicht sonst tun zu stoppen – der Vorschlag ist, dass jetzt wäre ein guter Zeitpunkt, um die Grenze zu ändern?"

Im lauten Café der Wellcome Collection in London Lovell-Badge nimmt eine feine Spitze Filzstift und sanft berührt die Seiten meines Notebooks zu einer kaum sichtbaren Stelle der Tinte zu verlassen. "Wenn ein befruchtetes Ei am ersten Tag, ist", sagt dann, er macht einen etwas größeren Punkt daneben, "das ist ein Embryo am 14. Tag."

Größe, geht natürlich nicht religiösen Moralisten besorgt über die Seele. Die katholische Kirche nimmt die moralische Linie, die die Seele beginnt bei der Empfängnis, weshalb es wendet sich gegen alle Forschung an Embryonen, egal wie viele Tage alt sind. Andere Religionen haben unterschiedliche Ansichten darüber, wenn ein menschliches Leben – in China beginnt, zum Beispiel viele der Ansicht, dass sie am Tag nach der Geburt voll wirksam wird.

Lovell-Badge und Surani beschäftigen sich mehr mit der medizinischen Leistungen, die auf ältere Embryonen aus der Forschung kommen könnte. Sie glauben, diese Vorteile sind am ehesten erste Verbesserungen bei Kinderwunschbehandlung mit bessere Schwangerschaftsraten von IVF, spürbar weniger Fehlschläge und Instanzen der Eklampsie.

Sie fühlen sich auch, daß es viel zu lernen über wie genetische Störungen in der frühen embryonalen Entwicklung ausgelöst werden.

Wie so viele Wissenschaftler auf der ganzen Welt, erstaunt sie die Kraft und Einfachheit einer neuen Bearbeitung von gen-Technik genannt noch Crispr-Cas9, die auf den "suchen und ersetzen" Befehl der Textverarbeitungs-Software – verglichen worden ist, nur auf der DNA des Genoms zu arbeiten. Das Crick-Institut hat die erste Lizenz Crispr-Cas9 an Tage alten Embryonen für Forschungszwecke gespendet zu verwenden, speziell auf um die Ursachen wiederkehrende Fehlgeburten zu verstehen.

Lovell-Badge und Surani sind schnell Crispr-Cas9 in das Gespräch über die Gründe für die Erweiterung der 14-Tage-Frist zu bringen. Jede argumentiert, dass es ermöglicht Wissenschaftlern zu verstehen, welche Gene sind während der entscheidenden Phase der Gastrulation aktiv, wenn der Körper-Plan festgeschrieben ist und die drei wichtigsten Gewebeschichten – Ektoderm, Mesoderm und Entoderm – als die biologischen Grundlagen für die spezialisierte Gewebe des Nervensystem, Muskeln und Blut, und Lunge und Darm, bzw. ausgebildet sind.

"Durch die Einführung von Mutationen im frühen menschlichen Embryonen mit Crispr-Cas9 können wir dann Fragen wie diese Gene beeinflussen diese frühen Stadium der Entwicklung. Ein besonderer Vorteil, den wir uns vorstellen können ist in der regenerativen Medizin. Wir versuchen, eine Vielzahl von Zelltypen zu machen und einige der wichtigsten Entscheidungen sind hier in der Nähe passiert", sagt Surani.

Surani und Lovell-Badge darauf hinweisen, dass wenn es eine Sache, die wir gelernt haben gibt, durch das Studium von Mäuseembryonen es ist, dass sie sich mit menschlichen Embryonen unterscheiden. Als ein Modell die Maus hat sich bewährt, aber es hat auch seine Grenzen, sagen sie. "Die Maus wurde ein Modell für Säugetier-Studien aber zunehmend klar, dass wir Menschen extrapolieren kann nicht geworden. "Wir müssen wirklich in menschliche Embryologie zu bekommen, um wirklich zu verstehen, was die Unterschiede sind", sagt Surani.

Der "Black Box" der menschlichen Entwicklung am 14. Tag beginnt und endet am ganzen Tag 28 Wissenschaftler das Gewebe der abgetriebenen Föten untersuchen können. Surani sagt neue Embryo maximal 28 daher nicht zu einer schiefen Ebene, führen würde, geht man davon aus, dass es überhaupt technisch möglich ist, diesen Punkt zu erreichen wäre, vor allem angesichts der Tatsache, dass Tag 21 in einer Schale zu erreichen ist "nicht trivial".

Was die Möglichkeit einer voll ausgetragenen Schwangerschaft außerhalb der Gebärmutter vollständig sagt Lovell-Badge einfach, dass es nicht passieren, zumindest nicht in seiner Lebenszeit. Das Gespenst einer schönen neuen Welt der Reagenzglas voll ausgetragenen Babys bleibt Fiktion. "Niemand ist in der Nähe tut es in jedem Säugetier-Arten", sagt Lovell-Badge.

In Wirklichkeit ist die dringende Notwendigkeit zu sehen und zu verstehen, Gastrulation, was nur geschehen kann, durch die Ausweitung der 14-Tage-Frist von einer Woche oder zwei, sagt er. "Ich denke, es sollte noch einmal geprüft werden. Ich bin dafür, aber als Wissenschaftler, ich denke auch, dass wir Menschen zusammen mit Ihnen nehmen mußt. Die Argumente für die Verlängerung der Grenze sind ziemlich stark."

Und am 14. Tag, etwas könnte schließlich sein Licht auf die Black Box des menschlichen Daseins.

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