این روش به پژوهشگران امکان می‌دهد تا رویدادهای مهم را در چند روز اول رشد، بدون اعمال تغییر ژنتیکی روی جنین مطالعه کنند. احتمال اعمال تغییر ژنتیکی روی جنین، مشکلی است که پیشتر استفاده از برخی روش‌های تصویربرداری از جنین انسان را به دلیل نگرانی‌های اخلاقی محدود کرده بود.

«نیکلاس پلاچتا»(Nicolas Plachta) زیست‌شناس سلولی «دانشگاه پنسیلوانیا»(UPenn) و از پژوهشگران این پروژه گفت: این اولین باری است که می‌توانیم از جنین انسان در مراحل اولیه رشد، با وضوح سلولی تصویربرداری کنیم. ما می‌توانیم سلول‌های منفرد و نحوه تعامل آنها با یکدیگر را هنگام تشکیل شدن جنین پیش از لانه‌گزینی ببینیم.

این روش تصویربرداری می‌تواند به توسعه روش‌هایی برای غربال‌گری غیرتهاجمی جنین‌هایی کمک کند که از طریق لقاح مصنوعی  یا «آی‌وی‌اف»(IVF) تشکیل می‌شوند.

رنگ‌های فلورسنت

پژوهشگران معمولا باید جنین‌های انسان را با استفاده از نمونه‌های پس از مرگ مطالعه کنند زیرا بسیاری از تجهیزات مورد استفاده برای مشخص کردن سلول‌های زنده، با اصلاح ژنتیکی آنها برای تولید پروتئین‌های فلورسنت همراه هستند. پلاچتا و همکارانش، راه حلی را با استفاده از رنگ‌های فلورسنت ایجاد کردند که می‌تواند به سادگی به نمونه اضافه شود تا ساختارهای سلولی ویژه را مشخص کند.

پلاچتا گفت: جنین‌های مورد استفاده در این پژوهش، از سوی یک کلینیک آی‌وی‌اف برای تحقیقات اهدا شدند. آنها در مراحل اولیه رشد هستند، هر کدام فقط از ۶۰ تا ۱۰۰ سلول تشکیل شده‌اند و هنوز هیچ بافت یا اندام کاملی ندارند.

پژوهشگران از یک رنگ فلورسنت موسوم به «SPY۶۵۰-DNA» استفاده کردند که DNA ژنوم را نشان می‌دهد و یک رنگ دیگر موسوم به «SPY۵۵۵-actin» که پروتئینی به نام «اف-اکتین»(F-actin) را مشخص می‌کند. سپس، آنها ده‌ها جنین زنده را در طول ۴۰ ساعت اول رشد با استفاده از میکروسکوپ‌های اسکن لیزری قوی به تصویر کشیدند.

پلاچتا ادامه داد: ما می‌توانیم سلول‌های در حال تقسیم شدن و کروموزوم‌های در حال جدا شدن را ببینیم. حتی می‌توانیم نقص‌های جداسازی کروموزوم را در لحظه ثبت کنیم.

به عنوان مثال، پژوهشگران مشاهده کردند که سلول‌های لایه بیرونی جنین موسوم به «تروفکتودرم»(trophectoderm)، بخشی از DNA خود را طی مرحله‌ای از تکثیر سلولی به نام «اینترفاز»(interphase) از دست می‌دهند. در مرحله اینترفاز، سلول‌ها DNA خود را تکثیر می‌کنند.

چنین خطاهایی می‌توانند با ناهنجاری‌های کروموزومی مانند «آنیوپلوئیدی»(Aneuploidy) مرتبط باشند که با کروموزوم‌های اضافی یا از دست‌رفته در جنین اولیه مشخص می‌شود و با شکست خوردن بارداری و لانه‌گزینی مرتبط است.

«زیو ویلیامز»(Zev Williams) متخصص باروری «دانشگاه کلمبیا»(Columbia University) گفت: دانستن زمان وقوع آنیوپلوئیدی به ما امکان می‌دهد تا فرصت‌هایی را برای مداخله و تلاش کردن برای برطرف‌سازی مشکل به دست آوریم. عکس‌های جدید، اولین روزهای رشد جنین را با وضوحی که پیشتر دیده نشده بود، نشان می‌دهند.

مقایسه جنین انسان و موش

پژوهشگران توانستند به مقایسه رویدادهای کلیدی در جنین انسان و موش بپردازند که اغلب به عنوان مدل برای مطالعه رشد جنین مورد استفاده قرار می‌گیرند. آنها چند تفاوت مهم را مشاهده کردند. به عنوان مثال، فرآیندی به نام فشرده‌سازی که شامل بروز تغییراتی در شکل سلول است، در مرحله ۱۲ سلول جنین انسان و مرحله ۸ سلول جنین موش آغاز می‌شود. این فرآیند در جنین انسان هم‌زمان نیست و همین امر به بروز تغییراتی در شکل‌گیری سلول‌های درونی و بیرونی منجر می‌شود.

«ساد کلیتون»(Sade Clayton) زیست‌شناس سلولی «دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس»(WUSTL) گفت: تشخیص دادن این تغییرات کوچک، همان چیزی است که این مقاله را بسیار بدیع می‌کند. این تفاوت‌های کوچک در واقع می‌توانند به تفاوت‌های بسیار بزرگ از نظر رشد رحم تبدیل شود.

پژوهشگران امیدوارند با تصویربرداری از جنین انسان طی دوره‌های طولانی‌تر، استفاده از میکروسکوپ‌های لیزری با شدت پایین و ترکیب رنگ‌های دیگری که می‌توانند ساختارهای گوناگون مانند غشای سلولی را برچسب‌گذاری کنند، بتوانند این پژوهش را تقویت کنند.

پلاچتا گفت: این روش حتی ممکن است روزی کاربردهای بالینی داشته باشد. ما در آینده می‌توانیم از این روش تصویربرداری زنده برای پیگیری رشد جنین‌ها به صورت غیرتهاجمی در کلینیک استفاده کنیم.

این پژوهش، در مجله «Cell» به چاپ رسید.