Embriologia oczami naukowca. Wywiad z embriologiem, prof. Hieronimem Bartlem

Wywiad o embriologii, biologii rozrodu i wpływie alkoholu na rozwijające się prenatalnie dziecko, z profesorem Hieronimem Bartlem, embriologiem i specjalistą od alkoholowego zespołu płodowego, autorem uznanego i powszechnie stosowanego na wydziałach medycznych, biologicznych i przyrodniczych podręcznika „Embriologia”. 

profesor Hieronim Bartel
prof. Hieronim Bartel podczas wykładu 

Jest Pan autorem chyba najpopularniejszego w tym kraju podręcznika akademickiego do embriologii. Sam się z niego uczyłem, mam go na półce wśród innych podręczników biologicznych i medycznych i regularnie wykorzystuję go, gdy piszę artykuły popularnonaukowe o embriologii lub biologii rozwoju. Jak długo trwało napisanie „Embriologii” na początku – zanim jeszcze upowszechnił się Internet – i czy sporo czasu wymaga przygotowanie aktualizacji do wznowień?

Pierwsze wydanie „Embriologii” ukazało się w 1995 r. Ostatnie, szóste, w roku 2020. Napisałem jeszcze jeden podręcznik, „Embriologia Medyczna. Podręcznik Ilustrowany” z przeznaczeniem dla średniego personelu medycznego, ale nie przyjął się, chociaż ilustracje są w pełni kolorowe. „Embriologię” pisałem około trzech lat, prawie rok upłynął na recenzje, odpowiedzi na recenzje, dwie korekty. W podręczniku jest dużo rycin, ich poprawianie zajęło dużo czasu. Ich autorem jest mój ponad półwieczny współpracownik i przyjaciel – Michał Zakrzewski – który nauczył się w tym czasie embriologii i z tej jego wiedzy, a przede wszystkim talentu, korzystam do dzisiaj. Wznowienia trwały rok, półtora, a ostanie wydanie przygotowywałem prawie dwa lata. Z redagowaniem kolejnego wydania wiąże się dylemat „co wyrzucić, a co dodać”.

Czy musiał Pan kiedyś coś usunąć z podręcznika?

Łatwo przychodziło mi dodawanie, z trudem usuwanie, stąd objętość kolejnych wydań zwiększała się. Przykładowo, nie usunąłem informacji o testach cytohormonalnych, które swego czasu były jedyną metodą określenia poziomu hormonów płciowych żeńskich, chociaż współcześnie dla określenia stężenia FSH, LH, estrogenów, progesteronu korzysta się wyłącznie z metod biochemicznych. Pozostawiając celowo informację o „starych metodach” przekazałem „wiedzę historyczną”. A do niej, w miarę starzenia się, coraz mi bliżej.

Czy jest coś, co kiedyś, za Pana czasów studenckich, wydawało się niemożliwe – choćby w embriologii eksperymentalnej czy biologii rozrodu – a co teraz jest przez naukowców czy lekarzy wykonywane?

Odpowiadając najkrócej, narodziny Luizy Brown w Anglii 1978 r. w wyniku zapłodnienia pozaustrojowego (IVF – in vitro fertilization). Przypomnę, że tego historycznego dzieła dokonali dr Patrick Steptoe – lekarz położnik ze Szpitala w Oldham – oraz dr Robert Edwards – profesor fizjologii rozwoju, nie lekarz, z Uniwersytetu w Cambridge. Dr Steptoe zmarł w wieku 75 lat w 1988 r., a prof. R. Edwards w 2010 r. otrzymał Nagrodę Nobla. Prof. Edwards zmarł w wieku 88 lat w 2013 r. Miałem przyjemność poznać energicznego, o kruczych włosach, doktora Edwardsa na konferencji w Uppsali w 1978 r., zorganizowanej z okazji 500-lecia tego zasłużonego uniwersytetu.

W ciągu 40 lat od pierwszego zabiegu zapłodnienia in vitro na świecie urodziło się dzięki tej metodzie ponad 8 milionów dzieci, a wartość ta nie uwzględnia nierejestrowanych bądź mało wiarygodnych danych z Chin i Indii.

Szczegółowe dane na temat niepłodności u kobiet i mężczyzn i ich przyczyn oraz urodzeń po IVF podaje systematycznie założone przez prof. Edwardsa Europejskie Towarzystwo Rozrodczości Człowieka i Embriologii (ESHRE – European Society of Human Reproduction and Embryology) oraz Amerykańskie Towarzystwo Technologii Wspomaganego Rozrodu (SART – Society of Assisted Reproductive Technology), według którego w latach 1987-2015 zarejestrowano w USA 1 milion urodzeń pojedynczego, żywego, normalnego noworodka. 2% społeczności Nowego Jorku urodziło się dzięki technikom wspomaganego rozrodu. Z kolei według danych EIM (European IVF Monitoring) w 2013 r. w 38 krajach europejskich wykonano 686 271 procedur zapłodnienia in vitro, co stanowi około 1175 zabiegów na 1 milion mieszkańców.

Liczba urodzeń po IVF w Europie, USA i Japonii systematycznie rośnie. W 2015 r. procentowe wartości IVF wynosiły odpowiednio: USA - 1,6%; Japonia – 5%; Słowenia – 6%; Dania – 6,2%; Finlandia 5,8%; Czechy 5,7%; Estonia – 4%; Izrael – 4%; Wielka Brytania – 2,4%; Polska – 1,3%. W Polsce pierwsze dziecko – płci męskiej – po zapłodnieniu in vitro urodziło się 12 listopada 1987 roku w Klinice Położniczo-Ginekologicznej Akademii Medycznej w Białymstoku, kierowanej przez prof. dr hab. med. M. Szamatowicza. Osoby urodzenie dzięki IVF są rodzicami zdrowych dzieci. Współcześnie stosuje się głównie następujące trzy techniki wspomaganego rozrodu (ART – Assisted Reproductive Technology): zapłodnienie pozaustrojowe i transfer zarodka, docytoplazmatyczną iniekcję plemnika, przeniesienie do macicy zamrożonego zarodka.

Co z innymi embriologicznymi osiągnięciami i dokonaniami naukowymi?

Kolejnym, żeby nie powiedzieć drugim, osiągnięciem w embriologii, częściej nazywanej biologią rozwoju, jest klonowanie zwierząt oraz uzyskiwanie zwierząt transgenicznych. Przypomnę kilka historycznych faktów. Spektakularnym przykładem klonowania somatycznego jest jagnię Dolly  „urodzone” przez Iana Wilmuta i Keitha Campbella w 1997 r. w Roslin Institute w Midlothian w Szkocji. W technice klonowania do pozbawionej jądra komórki jajowej wprowadza się jądro z komórki zarodka – wtedy mówimy o klonowaniu zarodkowym – lub jądro z dowolnej komórki somatycznej, co oznacza klonowanie somatyczne. W przypadku Dolly od jednej owcy pobrano komórkę jajową, którą pozbawiono jądra, czyli wyjądrzono, i do jej cytoplazmy wprowadzono jądro komórki uzyskanej z wymienia innej owcy. Tak utworzony zarodek implantowano do macicy trzeciej owcy – donosicielki ciąży. Dolly urodziła 6 jagniąt, zmarła w wieku 6 lat. Ten klasyczny model klonowania, po różnych modyfikacjach, posłużył do sklonowania wielu gatunków zwierząt: myszy, krowy, kozy, świni, kota, psa, makaka i innych. W 2003 r. sklonowano konia i, co ciekawe, klacz była zarówno dawczynią komórki jajowej, jak i komórki somatycznej, a także klaczą-matką – zarodek wszczepiono do jej macicy.

Klonowanie może zostać wykorzystane do tzw. wskrzeszania, czyli odtwarzania gatunków wymarłych bądź zagrożonych: mamuta jakuckiego, bawoła z Jawy, koziorożca pirenejskiego. Ten kierunek doświadczeń nie budzi zastrzeżeń. Najważniejsze rodzące się pytanie dotyczy sklonowania człowieka. Czy już tego dokonano? Nie, ale w tej pogoni za sukcesami dopuszczono się fałszerstw, przekłamań. W 1998 r. prof. Woo Suk Hwang z Uniwersytetu w Seulu ogłosił, że uzyskał – klonując oocyt 30 letniej kobiety z jądrem komórki wzgórka jajonośnego pęcherzyka Graafa – zygotę, której rozwój przerwał w stadium czterech blastomerów. Praca opublikowana w Science okazała się kłamstwem, redakcja wycofała ją, a naukowca zwolniono z uniwersytetu i w świecie naukowym spotkał się z ostracyzmem. Nie zrażony tym faktem dr Woo Suk Hwang założył, znaną już teraz w świecie, firmę biotechnologiczną, w której klonuje psy i koty, zarabiając miliony. Zapewne w wielu laboratoriach państwowych i prywatnych na świecie kontynuuje się tajne badania nad uzyskaniem ludzkiego klonu. W 2019 roku Rosjanin, dr Denis Rebrikov, opublikował wyniki swych doświadczeń, w których modyfikując genom rodziców głuchoniemych uzyskał zdrowe potomstwo. To tylko jeden z najświeższych przykładów.

Niezwykłym przykładem pomysłowości ludzkiej jest klonowanie zwierząt transgenicznych. W 1983 r. dr Richard Palmiter z zespołem uzyskali transgeniczną mysz gigantyczną. W tym doświadczeniu wykorzystano ludzki hormon wzrostu, który połączono z odpowiednim genem promotorowym, a następnie ten konstrukt (transgen) wprowadzono do jądra zygoty myszy. Mysz potomna była dwukrotnie większa od kontrolnej i miała, między innymi, wysokie stężenie przysadkowego hormonu wzrostu. Zwierzęta transgeniczne (świnie, krowy, owce, kozy, króliki) miały większą masę ciała, wysokie stężenia hormonów takich jak np. erytropoetyna i spekulowano, czy będą służy jako bioreaktory, fabryki farmaceutyczne. Z drugiej strony okazało się, że z tymi zwierzętami pojawiły się problemy położnicze: duże płody. Zwierzęta chorowały np. na zapalenie stawów, wcześnie umierały, a u ich potomstwa zdecydowanie więcej było wad wrodzonych. Klonowanie potępiono ze względów religijnych i etycznych, sprzeciwiano się temu w komisjach bioetycznych w wielu krajach.

Podstawy teoretyczne i praktyczne eksperymentów embriologicznych, dotyczące rozdzielania blastomerów czy tworzenia chimer, stworzyli profesor Andrzej Tarkowski, wieloletni kierownik Zakładu Embriologii Uniwersytetu Warszawskiego oraz jego uczniowie: prof. Jacek Modliński i Renata Czołowska, ale największy rozgłos w świecie zyskały doświadczenia nad wczesnymi zarodkami, prowadzone przez dr Małgorzatę Żernicką – Goetz, profesor Uniwersytetu w Cambridge, swego czasu studentkę prof. Tarkowskiego.

Jakie książki – czy to akademickie, czy popularnonaukowe – poleciłby profesor, jeśli chodzi o tematykę embriologiczną?

Aktualnie dostępne są dwa podręczniki akademickie. Keith Moore, T.V.N. Persaud, Mark G. Torchia. „Embriologia i wady wrodzone. Od zapłodnienia do urodzenia”. Redakcja tłumaczenia-wydania polskiego: Maciej Zabel, Hieronim Bartel. Wyd. Edra – Urban&Partner, Wrocław, 2013. Druga: T. W. Sadler. Langman, „Embriologia”. Wyd. XIII. Redakcja tłumaczenia- wydania polskiego Jacek Malejczyk, Marek Kujawa. Wyd. Edra- Urban&Partner, Wrocław, 2017.

Uczono mnie na studiach, i tak też rozumiem podręczniki do embriologii, biologii rozwoju, genetyki czy ewolucji, że w biologii rozwoju życie, rozumiane jako nowy, odrębny organizm, kolejne pokolenie, zaczyna się od pierwszego podziału komórkowego zarodka. Spotykam się jednak z negowaniem uznania tego czasu za początek nowego osobnika w biologii ssaków i wielu innych zwierząt rozmnażających się płciowo i podawaniem alternatywnych opcji – zagnieżdżenia, powstania serca, mózgu, nabrania „ludzkiego wyglądu” (w przypadku ludzi) czy urodzenia/wyklucia się – wobec czego chcę poprosić Pana o komentarz w tej sprawie.

Okres rozwoju prenatalnego trwa od zapłodnienia do urodzenia. Tak też przetłumaczyliśmy cytowany wyżej podręcznik, w oryginale „Before we are born”. Zaczyna się od zapłodnienia. Czyli od jakiego momentu? Naturalne zapłodnienie to wieloetapowy, kaskadowy proces, w którym ten najważniejszy według mnie dotyczy połączenia jąder: żeńskiego i męskiego. Nazywamy ten moment połączeniem przedjądrzy, niekiedy także kopulacją przedjądrzy, kopulacją przedjąder. W czasie tego łączenia się dochodzi do fenomenu embriologicznego, określanego piętnowaniem genomowym lub imprintingiem genomowym – swoistej konkurencji, rywalizacji miedzy allelami matki i ojca. Ten, nie w pełni poznany jeszcze proces, może mieć określone następstwa w dalszym rozwoju zarodka.

Odnosząc się do podawanych przez Pana „początków osobnika”, czy jest to powstanie mózgu, czy może serca. Jeden i drugi narząd kształtuje się długo. W przypadku rozwoju układu nerwowego krytycznym czasem rozwojowym uznać należy zamykanie się otworu nerwowego przedniego i tylnego, odpowiednio 26 i 28 dzień po zapłodnieniu. Zaburzenia w tych dniach mają określone konsekwencje w kształtowaniu się mózgowia i rdzenia kręgowego oraz struktur otaczających. A serce? Ten narząd, powstający z mezodermy i komórek grzebienia nerwowego, ujawnia się czynnościowo – zaczyna bić – 22 dnia. Jeżeli ktoś chce, może przyjąć ten precyzyjnie wyznaczony czas za początek życia.

Oprócz embriologii ogólnej jest Pan specjalistą od alkoholowego zespołu płodowego. Jaki jest mechanizm prowadzący do tego spektrum chorobowego oraz jego objawy?

Pytanie dotyczy wrodzonej wady rozwojowej, znanej co prawda od ponad 50 lat, od pierwszego naukowego jej opisu, i która z uwagi na powszechność występowania na całym świecie jest intensywnie badana, a i tak wymaga dalszych wyjaśnień.

Alkohol jest silnym teratogenem, czynnikiem środowiskowym wywołującym wrodzoną wadę rozwojową. Przykładowo, wśród najsilniejszych teratogenów zaburzających rozwój układu nerwowego, takich jak promieniowanie jonizujące, kadm, ołów, rtęć, składniki dymu tytoniowego, heroina, kokaina, marihuana, niechlubne pierwsze miejsce zajmuje alkohol etylowy. Alkohol, spożywany pod różnymi postaciami, w ustroju kobiety ciężarnej podlega szybkiej przemianie pod wpływem enzymów wątrobowych – dehydrogenazy alkoholowej oraz cytochromu C – do aldehydu octowego. Jeden oraz drugi związek jest toksyczny dla zarodka i płodu, do których szybko przenikają przez barierę łożyskową. W okresie prenatalnym, w różnych etapach różnicowania, działanie teratogenne odbywa się poprzez różne mechanizmy na poziomie komórkowym. Alkohol wpływając bezpośrednio na DNA zaburza syntezę aminokwasów i białek, co z kolei zaburza cykl komórkowy, namnażanie, wzrost, różnicowanie, migrację komórek do tkanek i zawiązków narządów. Alkohol  działa także proapoptotycznie, to znaczy uruchamia mechanizm programowanej śmierci komórki. Istotną rolę w różnicowaniu komórek zarodka narażonych na alkohol odgrywa mechanizm uwalniania wolnych rodników i stresu oksydacyjnego, generalnie zabójczego dla komórek.

Nadzwyczajna rola w teratogenezie alkoholowej przypada komórkom grzebienia nerwowego, o czym wiemy od lat siedemdziesiątych XX wieku. Grzebień nerwowy to przejściowa populacja komórek zarodkowych, sąsiadujących z cewa nerwową, z której na całej długości cewy nerwowej emigrują komórki i zasiedlają zawiązki wielu narządów – twarzoczaszki, serca, układu współczulnego i przywspółczulnego, układu kostno-stawowego, przewodu pokarmowego, narządów zmysłów. Okazało się, że komórki grzebienia nerwowego mają właściwości stem cells, a te ze swej natury są szczególnie wrażliwe na czynniki toksyczne, w tym przypadku alkohol, co w interpretacji mechanizmu powstawania wad poalkoholowych wiele wyjaśniło.

Wady serca, na przykład słabo rozwinięty mięsień komór sercowych bądź wady dużych naczyń odchodzących od serca powstają wtedy, gdy do pierwotnego, zasadniczego zawiązka mezodermalnego serca nie dotrze, w swoim czasie, odpowiednia pula sercowych komórek grzebienia nerwowego. Wady serca występują u 30% potomstwa z FASD [alkoholowym zespołem płodowym]. Uszkodzenie przez alkohol rozwijającego się w okresie prenatalnym układu nerwowego, co jak wiadomo w FASD występuje najczęściej, następuje wskutek działania na komórki nerwowe oraz na komórki glejowe i ostatecznie na synapsy nerwowe. Dochodzi do tego we wszystkich trymestrach ciąży, a konsekwencje nieprawidłowego rozwoju dotyczą zarówno istoty szarej, jak i istoty białej mózgowia. Strukturami szczególnie narażonymi na toksyczność alkoholu są płat czołowy i potyliczny, móżdżek i hipokamp. Komórki glejowe w ośrodkowym układzie nerwowym tworzą istotę białą mózgowia, a w obwodowym układzie nerwowym budują osłonki nerwów. W rezultacie neurotoksyczność alkoholu powoduje zmniejszenie masy mózgowia oraz bardzo swoiste zaburzenia w czynności nerwów obwodowych.

Skutki teratogenne alkoholu, podobnie, jak i innych teratogenów, zależą od dawki, okresu ciąży w którym alkohol dotarł do kształtujących się narządów zarodka/płodu, a także od genotypu matki i w mniejszym zakresie od genotypu zarodka. Pojawiająca się dość często definicja FASD, jako „zaburzenie niegenetyczne” jest, w świetle powyższego, co najmniej nieścisła. Wiadomo, z przeprowadzonych badań, że u bliźniąt jednojajowych FAS zdiagnozowano u 100%, podczas gdy u dwujajowych u 64%.

W ostatnich latach wykazano, że alkohol szkodzi poprzez mechanizm epigentyczny. Ten złożony fenomen biologiczny wymagałby obszerniejszego opisu, ograniczę się tylko do stwierdzenia, że w epigenezie środowiskowy czynnik, nie zmieniając podstawowej struktury nici DNA, wpływa na ekspresję genów i tym samym na dalszy proces kodowania białek. Cechy epigentyczne mogą być przenoszone, między innymi w czasie mejozy, na kolejne generacje. Wydaje się, że tym samym wyjaśniono poczynione swego czasu spostrzeżenie, że oto rdzenne Amerykanki pijące alkohol częściej zostawały babciami wnucząt z FASD, mimo że ich córki nie piły w ciąży alkoholu.

FASD występuje z reguły u potomstwa matek przewlekle nadużywających alkoholu i pijących tym samym w ciąży. Do typowych uszkodzeń poalkoholowych może jednak dojść także w wyniku jednorazowego, biesiadowego, prywatkowego, w piśmiennictwie anglojęzycznym określanym jako binge drinking, spożycia alkoholu. Może to dotyczyć często młodych, zdrowych kobiet nieświadomych tego, że są w ciąży.

Czy istnieją inne choroby powstałe w okresie prenatalnym, a wywołane przez picie alkoholu przez kobietę ciężarną?

Wszystkie negatywne następstwa picia alkoholu dla potomstwa zostały poznane i opisane w ramach FASD, czyli w całym spektrum negatywnych dla potomstwa następstw picia w ciąży. Ale zastanawiam się czy pojawiająca się, częściej niż w populacji, cukrzyca typu drugiego, czy także częściej występująca bezpłodność męska nie mogą być odpowiedzią na to pytanie. W FASD tych chorób się nie wymienia, aczkolwiek można uznać, że są to następstwa pojawiających się częściej wraz z wiekiem zaburzeń hormonalnych.

Czy zdaniem profesora reklamy piwa, wszechobecne w mediach, na billboardach czy przystankach komunikacji miejskiej, powinny być zakazane tak, jak promowanie papierosów?

Absolutnie tak. Reklamowanie alkoholu w telewizji w sytuacji, kiedy około 15% kobiet w naszym kraju przyznaje się do picia w ciąży, kiedy rocznie wypija się w Polsce około jednego miliarda tzw. małpek alkoholu, kiedy wzrosła ilość spożywanego alkoholu w związku z aktualną pandemią, kiedy w Sejmie, jeszcze od poprzedniej kadencji, „leży” projekt ustawy zezwalającej na przydomowe bimbrownie jest dla mnie czymś kuriozalnym i może przełożyć się na wzrost liczby urodzeń z FASD, która i tak jest wysoka.  

Jaka jest Pana ulubiona gałąź embriologii?

Interesuję się przede wszystkim teratologią, chociaż to nie klasyczna embriologia. We wczesnym okresie mojej pracy dydaktyczno-naukowej w Wojskowej Akademii Medycznej – tę uczelnię skończyłem i bezpośrednio po studiach rozpocząłem pracę, a zakończyłem jako emeryt już w Uniwersytecie Medycznym – prowadziłem doświadczenia teratologiczne, a później z całym zespołem Zakładu Histologii i Embriologii przez lata testowaliśmy „teratogennie” nowe leki. 

Czym interesuje się Pan poza embriologią?

Od 15 lat jestem prezesem Klubu Akademickiego przy Oddziale Łódzkim Polskiej Akademii Nauk. Klub istnieje ponad 30 lat, skupia profesorów łódzkich uczelni, członków ich rodzin, a także sympatyków, a jego zasadnicza działalność polega na comiesięcznych spotkaniach, wykładach z „ciekawymi ludźmi”. Byłem harcerzem, już jako dorosły, i przez 23 lata zajmowałem się organizacją obozów harcerskich dla dzieci chorych, z cukrzycą, chorobą wrzodową żołądka i dwunastnicy, dzieci osieroconych i o niepełnej sprawności umysłowej. Mam stopień harcmistrza. Byłem też myśliwym, formalnie jeszcze jestem. Fotografuję. „Ambony cztery pory roku”, swego czasu był głównym tematem wystawy w Łódzkim Towarzystwie Naukowym, w łódzkim Centrum Kultury. Sylwetki myśliwych i sceny myśliwskie ukazywały się w „Łowcu Polskim”. Fotografuję od czasów chłopięcych, za sprawą znakomitego starego aparatu „Leica”, otrzymanego tuż po wojnie od wujka. Oczywiście udokumentowałem („Olympusem”), od narodzin począwszy, nasze już dorosłe i mieszkające w Paryżu wnuczkę i dwóch wnuków. Od pewnego czasu piszę i publikuję w „SKALPELU” wspomnienia o profesorach-seniorach Wojskowej Akademii Medycznej.

Łukasz Sakowski. Czytaj więcej
    Skomentuj na blogu
    Skomentuj na Facebooku

0 komentarze :

Publikowanie komentarza