Bild: Weizmann Institute of Science

Här växer embryot i flaskan

Biologer har länge tänkt sig att ett embryo behöver en levande livmoder för att utvecklas normalt. Men det kanske räcker med en roterande flaska.

Alla här verkar ha läst Du sköna nya värld av Aldous Huxley. Inte så konstigt kanske. Ämnet för dagen är syntetisk embryologi. Ett hundratal forskare från olika länder har samlats i en föreläsningssal på Karolinska institutet i Flemingsberg söder om Stockholm. De ska ägna dagen åt att diskutera etiska frågor kopplade till konsten att odla embryon i en konstgjord livmoder.

Aldous Huxleys dystopiska roman från 1932 bygger på en liknande teknik, men långt mer utvecklad – och fullständigt påhittad. Berättelsen börjar en sommardag år 2540. Direktören för Inre Londons centralanstalt för kläckning och fostran guidar en grupp studenter genom en människofabrik. Han öppnar en isolerad dörr och slår ut med handen:

Dystopin från 1932 utspelar sig i en avlägsen framtid då familjen är avskaffad. Barn kommer till genom odling av embryon i glasflaskor.

– Det här är kläckningsapparaterna.

Det kroppstempererade rummet rymmer hylla efter hylla med numrerade provrör. Direktören förklarar att produktionen av standardiserade män och kvinnor i likformiga kullar ligger i linje med världsstatens motto: ”Gemenskap, identitet, stabilitet.” Tillsammans med en kollega tar han så småningom de ivrigt antecknande studenterna till anstaltens fosterförråd i en mörk källare.

– Foster är som fotografisk film, säger kollegan. De tål endast rött ljus.

I det dämpade skenet syns foster i rader av vätske­­fyllda damejeanner ”gnistrande som oräkneliga rubiner”.

Jacob Hanna, professor i molekylär genetik vid Weizmann institute of science i Israel, ler åt scenen.

– Det där med ljuset stämmer faktiskt. Aldous Huxley hade i alla fall rätt på den punkten, säger han.

Få kunskap om embryons utveckling

Jacob Hanna är professor i molekylär genetik vid Weizmann institute of science i Israel.
Bild: Steve Schofield / Peacoc / knbc

Starkt ljus kan störa embryots utveckling. Jacob Hanna har inga röda glödlampor i sitt laboratorium men undviker att utsätta odlingarna för ljus under mer än några minuter åt gången. Hans forskargrupp har kommit längst i världen med att få embryon från däggdjur att utvecklas i flaskor.

Forskarna är såklart inte ute efter att producera människor i industriell skala. Målet är att få så detaljerad kunskap som möjligt om alla steg i ett embryos utveckling. I förlängningen skulle det kunna leda till nya behandlingar mot ofrivillig barnlöshet, och mot sjukdomar som uppstår på grund av att något går snett redan tidigt i fosterlivet. Jacob Hanna drömmer också om att kunna hjälpa människor i behov av en transplantation genom att odla stamceller till fullt fungerande organ.

– Den processen sker i ett embryo, säger han.

Men inne i en levande kropp är det svårt att följa hur subtila kemiska signaler och annat styr embryots utveckling timme för timme. Det är bakgrunden till att han ägnat sju år åt att konstruera och förbättra en konstgjord livmoder.

Själva anordningen är relativt enkel, byggd av delar till en sammanlagd kostnad på ett par hundra tusen kronor. I en låda med genomskinligt lock av plexiglas står en remdriven hållare med plats för tio odlingsflaskor. Hållaren roterar sakta för att inga embryon ska fastna på glaset och skadas. En styrenhet reglerar halterna av syrgas och koldioxid, liksom det totala gastrycket. För det mesta är lådans lock täckt av en tjock filt som ska skydda de spirande små liven mot alltför mycket av det skadliga dagsljuset.

I en rapport publicerad i tidskriften Nature förra året beskriver forskarna hur de tog ut fem dagar gamla embryon från dräktiga mushonor och lät dem utvecklas i ytterligare sex dagar i den mekaniska livmodern. Hos möss varar en dräktighet i cirka 20 dygn. Det betyder att embryona kom lite mer än halvvägs på vägen mot att födas. En blivande människa i samma stadium kallas för ett foster.

Odlade musembryon

Sedan dess har Jacob Hanna och hans med­arbetare kommit ännu längre. Han berättar att de har tagit ut helt nybefruktade ägg från äggledarna hos mushonor och odlat dem i sitt laboratorium i elva dygn.

Hållaren roterar för att inga embryon ska fastna på glaset. Halterna av syrgas och koldioxid regleras automatiskt, liksom det totala gastrycket.
Bild: Weizmann Institute of Science

Tidigt under odlingen i de roterande flaskorna tar embryona ett avgörande utvecklingssteg som kallas gastrulering. En ihålig boll av likformiga celler bildar tre olika lager. Dessa så kallade groddblad ger i sin tur upphov till alla organ och vävnader i kroppen.

Forskarna följer utvecklingen och kartlägger hur organen tar form – inklusive nervsystemet och ett hjärta med en puls på omkring 170 slag i minuten. Embryona ser fullt normala ut. De motsvarar jämngamla embryon i livmodern hos en mushona, enligt Jacob Hanna.

Men när de vuxit till en diameter på en knapp millimeter händer något. De börjar tillverka allt fler röda blodkroppar och hjärtat pumpar hårdare. Förändringarna tyder på syrebrist.

De odlade embryona har en navelsträng kopplad till en moderkaka. Denna moderkaka består helt och hållet av celler med genetiskt ursprung i fostret, och inte – som vid en vanlig graviditet – en del med ursprung i fostret och en del i modern. Och moderkakan saknar förstås blodförsörjning från modern. I takt med att fostret ökar i storlek leder det till allt större syrebrist.

Just nu försöker forskarna koppla samman moder­kakan hos odlade embryon med någon form av konstgjort vätskeflöde motsvarande en blivande moders blodomlopp. Om det lyckas har fostret goda förutsättningar att klara sig ännu längre.

– Det kan bli fullgånget. Jag är ju partisk om detta men jag tror att vi redan nu har klarat av de svåraste delarna, säger Jacob Hanna.

Nyligen har hans forskargrupp också lyckats skapa musembryon av stamceller. Forskarna odlade dem i sina roterande glasflaskor under 8,5 dygn och såg att de utvecklades i stort sett normalt. Men dessa musembryon var alltså konstgjorda – framställda helt utan vare sig ägg, spermier eller en livmoder. Trots det hade embry­ona anlag för samtliga organ, inklusive ett bultande hjärta, en hjärna med tydliga veck och en mag-tarm­ka­nal, enligt en rapport i tidskriften Cell. Dessutom fanns tidiga anlag för såväl gulesäck som moderkaka.

Än så länge har Jacob Hanna och hans medarbetare bara publicerat resultat som gäller experiment med möss. Men han berättar att försök med odlade kaninfoster också har kommit långt, ungefär halvvägs i tid räknat mot en fullt utvecklad unge. Så tekniken fungerar för flera arter. Ingen har dock odlat något mänskligt embryo till ett stadium motsvarande en halv graviditet. Tekniskt skulle det vara svårt eftersom mänskliga foster i det stadiet är betydligt större än ett mus- eller kaninfoster.

Tesi Aschan är jurist på Socialstyrelsen.
Bild: Socialstyrelsen

– Dessutom skulle det vara olagligt, säger Tesi Aschan, jurist på Socialstyrelsen.

Inget land med lagar om odling av foster utanför kroppen tillåter en period längre än två veckor. Israel och USA saknar nationell lagstiftning i frågan men följer samma praxis.

Många av forskarna i fältet skulle vilja hålla på längre men inser att frågan är omstridd. De använder mänskliga embryon som blivit över efter behandlingar med provrörsbefruktning.

Efterlyser dialog om odlade embryon

Ett återkommande tema är att det behövs en bred dialog om odlade embryon mellan forskare och samhället i stort. Än så länge går det trögt, åtminstone vad gäller mediernas intresse. Jag är den enda journalisten på plats, trots att de inbjudna talarna hör till världseliten inom ett fascinerande och minst sagt minerat forskningsfält.

Fredrik Lanner är stamcellsforskare vid Karolinska institutet.
Bild: Karolinska institutet

En av dem som vill tänja på tvåveckorsgränsen är Fredrik Lanner, stamcellsforskare här på Karolinska institutet och medarrangör till dagens symposium.

– Jag tror att 28 dagar skulle vara en rimlig gräns, säger han.

Aborterade foster ger möjlighet att studera det mesta som gäller ännu senare utvecklingsstadier. Men Fredrik Lanner menar att odlingar fram till dag 28 skulle kasta nytt ljus över en hittills ganska okänd period i det mänskliga embryots utveckling. För egen del ser han inte att en sådan gräns innebär några nya etiska problem jämfört med dagens regler.

Robin Lovell-Badge är professor i stamcellsbiologi vid The Francis Crick institute i London.
Bild: Wikimedia commons

Samtidigt finns ett starkt motstånd mot att över huvud taget odla mänskliga embryon i flaskor, inte minst från vissa religiösa grupper. I den etiska diskussionen har organisationen International Society for Stem Cell Research (ISSCR) fått en viktig roll.

– Såvitt jag vet har forskare hittills följt våra rekommendationer om en tvåveckorsgräns, säger Robin Lovell-Badge, professor i stamcellsbiologi vid The Francis Crick institute i London.

I takt med att vetenskapen utvecklas har ISSCR vid flera tillfällen uppdaterat sina etiska riktlinjer. Robin Lovell-Badge ledde arbetet med att ta fram den senaste versionen som blev klar i fjol, efter mer än hundra digitala möten med forskare, etiker, jurister och andra experter under ett och ett halvt år.

Världens första provrörsbarn

Historiskt är tvåveckorsregeln en direkt följd av uppståndelsen kring världens första provrörsbarn. Louise Brown föddes den 25 juli 1978 i Manchester, England. Händelsen skapade rubriker. En av forskarna bakom metoden, den brittiske fysiologen Robert Edwards, blev kallad för ”djävulens red­skap” och förlorade forskningsanslag. Abort­mot­ståndare försökte till och med få honom åtalad för mord eftersom han hade använt mänskliga embryon i sin forskning.

Med tiden har attityderna förändrats. Ett tydligt tecken på det är att Robert Edwards belönades med Nobelpriset i fysiologi eller medicin år 2010. Men i provrörsbefruktningarnas barndom ansåg många att tekniken var onaturlig, ett sätt att leka Gud.

En specifik invändning går ut på att varje mänskligt embryo i förlängningen kan bli en människa och därmed ska ha rättigheter. Vid provrörs­befrukt­ningar framställs fler embryon än de som till slut placeras i kvinnans livmoder. Vilka hänsyn ska tas till dem som blir över? Ska det vara tillåtet att odla dem och använda dem i experiment? Det var några av frågorna som den brittiska regeringen bestämde sig för att utreda för 40 år sedan, när Louise Brown var fyra år gammal.

En grupp läkare, jurister, teologer och andra experter under ledning av moralfilosofen och baronessan Mary Warnock kom fram till att det borde vara tillåtet att odla ett mänskligt embryo i högst två veckor, eller tills de allra första tecknen på gastrulering blir synliga. Det främsta vetenskapliga argumentet var att ett embryo i det stadiet ännu inte har börjat bilda något nervsystem. Därför borde det ha långt kvar till att kunna känna smärta eller ha andra medvetna upplevelser.

Religiösa argument

Det fanns också ett intressant religiöst argument. Ett embryo kan dela sig och bilda enäggstvillingar ända fram till gastruleringen. Det är ett känt faktum om möss, människor och många andra djur.

– Och två individer kan omöjligen ha samma själ. Därför, menade somliga, måste själva ”besjälningen” ske någon gång efter fjorton dagar, säger Robin Lovell-Badge.

Den så kallade Warnock-kommissionens tvåveckorsgräns fick stort genomslag. Den är lätt att begripa. Och när den lanserades hade ingen lyckats odla ett mänskligt embryo i mer än en vecka. Så för forskarna var den i praktiken ingen begränsning.

F&F Evenemang:

En kväll om livet efter digitaliseringen

En tankeväckande och lärorik kväll med teknikhistorikern Nina Wormbs, sociologen Malin Åkerström, filosofen Hans Ruin och litteraturvetaren Jesper Olsson. 25 januari på Playhouse Teater i Stockholm.

Läs mer och boka

Men nu har tekniken kommit mycket längre. De flesta är ense om att ett embryo utvecklas gradvis och att två veckor inte står för något absolut. Därför har ISSCR i sin senaste uppdatering från i fjol öppnat för längre odlingstider – men kräver att ett etiskt råd eller någon annan granskande myndighet fattar beslut i varje enskilt fall. Ju längre odlingstiden är, desto högre ska kraven vara på att experimentet verkligen leder till värdefull kunskap. I Sverige skulle odling i mer än två veckor kräva en lagändring.

Robin Lovell-Badge har än så länge inte hört talas om att någon har sökt tillstånd att passera tvåveckorslinjen enligt de nya riktlinjerna från ISSCR. Men han tror att det kommer att ske, och lutar åt att något laboratorium i Kina blir först.

– Sedan finns det alltid en oro för att någon oseriös forskare i ett land med mindre tillsyn på det här området bara går vidare oavsett, säger Robin Lovell-Badge.

Lockelsen att överträda gränser i jakten på ny kunskap är stundom stark. Men det finns faktiskt alternativ till dagens experiment med överblivna embryon från behandlingar med provrörsbefruktning.

Nicolas Rivron, stamcellsforskare vid Institute of Molecular Biotechnology i Wien, har omvandlat stamceller från både möss och människor till något han kallar blastoider. De liknar blastocyster, tidiga embryon redo att fästa vid livmoderväggen. Hos människan sker det omkring en vecka efter befruktningen. Men han understryker att blastoider inte är riktiga embryon.

– I dagsläget har ingen lyckats utveckla dem till en organism, vilket är viktigt ur etisk synvinkel, säger han.

Samtidigt är han öppen för att en blastoid från en apa någon gång i framtiden kanske ger upphov till en apunge. Hur ska man då se på en mänsklig blastoid? Är den då i själva verket en blastocyst, alltså ett tidigt embryo?

Risker med modellembryon

Hank Greely är professor i juridik vid Stanford Law School i USA.
Bild: Stanford Law School

Här finns ett dilemma. Hank Greely, professor i juridik vid Stanford Law School i USA, påpekar att konstgjorda embryon – eller embryomodeller som han föredrar att kalla dem – inte bör vara alltför lika det som de ska efterlikna.

– Ju bättre modellen är, desto mer liknar den ett riktigt embryo. Och då kommer man tillbaka till de etiska frågorna som var orsaken till att man från början valde att använda en embryomodell, säger han.

Hank Greely har lång erfarenhet av juridiska och etiska frågor i sam­band med nya biomedicinska metoder som assisterad reproduktion, genteknik och stamceller. Vi får en pratstund under lunchen på forskarmötet. Han är klädd i gul skjorta och blå tröja.

– Det beror inte bara på att jag är i Sverige. Etiken kring det vi pratar om i dag bleknar i jämförelse med det som pågår i Ukraina, säger Hank Greely.

Trots det efterlyser han i likhet med dagens övriga talare en bredare etisk diskussion om vilka regler som ska gälla när forskare odlar mänskliga embryon i flaskor. För egen del är han öppen för att tänja på tvåveckorsregeln. Dock anser han att de senaste riktlinjerna från ISSCR är för vaga.

– De borde ha satt en tydlig tidsgräns, kanske 28 eller 35 dagar, säger Hank Greely.

På skämt tillägger han att gränsen förstås borde gå när embryot får en själ – om det bara funnits ett objektivt sätt att registrera händelsen.

Forskarna använder mänskliga embryon som blivit över från provrörsbefruktning.
Bild: Getty images

Hank Greely har en betydligt ljusare bild av forskningen om odlade embryon än vad Aldous Huxley hade på sin tid. I den nittio år gamla romanen är familjen avskaffad. Människan är reducerad till en produkt avsedd att göra samhället stabilt. Och staten indoktrinerar medborgarna till och med när de sover. Du sköna nya värld är läsvärd och en intressant utgångspunkt för en etisk diskussion om odlade embryon, enligt Hank Greely. Men han tycker att berättelsen tappar tempo mot slutet – och tror inte att dystopin någonsin blir verklighet.

Däremot föreställer han sig att andra genombrott inom reproduktionsbiologin kommer att påverka människans fortplantning ganska snart. I första hand tänker han på nya möjligheter att omvandla vanliga kroppsceller till könsceller, alltså ägg och spermier.

Via videolänk har vi just hört stamcellsforskaren Katsuhiko Hayashi vid Kyushu University i Japan berätta hur han tog celler från svansen på en mus och omvandlade dem till musägg. Efter en provrörsbefruktning med vanliga musspermier utvecklades äggen i en mushona till friska ungar. Nyligen har han gjort liknande experiment med råttor, och har också lyckats styra mänskliga celler till stadier på väg att bilda ägg och spermier.

– Av allt vi pratat om i dag så tror jag detta kan ha störst betydelse för världen, säger Hank Greely.

Tekniken skulle bland annat kunna underlätta för så kallad PGT, preimplantatorisk genetisk testning. I Sverige används metoden om mannen eller kvinnan bär på anlag för någon mycket allvarlig ärftlig sjukdom som kan överföras till barnet. Efter en provrörsbefruktning gör läkare gentester för att välja ut embryon utan de kända sjukdomsanlagen. Men i dag måste kvinnan gå igenom en plågsam hormonbehandling för att paret ska få tillgång ens till ett fåtal ägg. Den begränsningen försvinner om det går att framställa mänskliga ägg i stor skala från hudceller.

Prenumerera på Forskning & Framsteg!

10 nummer om året och dagliga nyheter på webben med vetenskapligt grundad kunskap.

Beställ idag

Metoder för att omvandla vanliga kroppsceller till könsceller kan också leda till att samkönade par får tillgång till både ägg och spermier. Därmed kan de få barn som de är biologiska föräldrar till. Om tekniken visar sig vara så säker som forskarna hoppas uppstår alltså efterlängtade möjligheter. Samtidigt kan man tänka sig mer problematiska tillämpningar. Hank Greely ger ett konkret exempel:

– Är det där din kaffekopp?

– Nej, pappmuggen där är min.

– Okej. Så i teorin – om några år – skulle jag kunna ta den där kaffekoppen, hitta några levande celler från dig på den och använda dem till att göra dina spermier. Eller dina ägg för den delen. Och sedan kan jag göra dig till förälder utan att berätta något för dig. Det vore kanske inte så bra, säger han.

Man kan lätt tänka sig att ett sådant tilltag skulle få praktiska följder för arvsrätt och mycket annat. Här finns gott om material för romaner.

Upptäck F&F:s arkiv!

Se alla utgåvor