תאי גזע עובריים אנושיים (human embryonic stem cells, hESC) הם בעלי פוטנציאל מחקרי וקליני כה גדול בשל יכולתם להתרבות לאורך זמן רב, וכן להתמיין ולהתפתח לכל סוגי התאים בגוף. גם לאחר תקופה ממושכת בתרבית, תאים אלו שומרים על יכולתם להתמיין למגוון רחב של סוגי תאים: תאי עצב ותאים במערכת החיסון למשל. יכולות אלו הן המעניקות את התקווה כי באמצעות תאי גזע עובריים נוכל להעמיק את המחקר אודות רקמות שונות בגוף האדם, ובעתיד אף לבצע השתלות של תאים ממוינים באיברים חולים.
נאיבים בהתחלה, ומאבדים את התמימות בהדרגה
תאי גזע עובריים מבודדים מהעובר 5-6 ימים לאחר הפריית הביצית, לפני שהעובר עובר השרשה בדופן הרחם. ההפריה מתרחשת בחצוצרה, ובמהלך הימים שלאחר מכן התאים מתחלקים מספר פעמים ומתקדמים במורד החצוצרה לעבר הרחם. כל אחד מהתאים הללו, המכונים בלסטומרים, יכול להתפתח לכל סוג תא המצוי בעובר ובגוף הבוגר. היכולת להיות כל סוג תא הקנתה לו את השם תא טוטיפוטנטי - שכן המילה טוטיפוטנטי משמעותה "שיכול להשתנות לכל דבר" אלו התאים היחידים שיכולים להתמיין הן לגופו של העובר והן לשיליה. תוך זמן קצר התאים יאלצו לאבד את היכולת הזו ולהתחיל להתמיין לאחת משתי הזהויות. מאורע ההתמיינות הראשון מתרחש כחמישה ימים לאחר ההפריה, כשהשכבה החיצונית של התאים מתחילה בתהליך של התמיינות לתאי השליה - תאי הטרופקטודרם.
בשלב זה, תאי המסה הפנימית המופיעים בתרשים שלפנינו עדיין שומרים על היכולת להתמיין לכל תא בגוף האדם, ועל כן הם נקראים תאים פְלוֹרִיפוֹטֵנְטִים. לאחר השרשתם בדופן הרחם תאים אלו מדלדלים בקצב מהיר ומתחילים בתהליך התמיינות לסוגי תאים אחרים להם פוטנציאל התפתחותי מוגדר: הם מתחילים להתמחות בהתמיינות לתאים של רקמות מסוימות בלבד. בידודם של תאי המסה הפנימית טרם השרשתם ברחם מאפשר לשמור על פוטנציאל ההתמיינות וקצב חלוקה והתרבות גבוה. תאים אלו, אשר בודדו בטרם איבדו את יכולים להתמיין לכל תאי הגוף הם תאי גזע עובריים.
מהפריה ועד היצירה של תאי גזע עובריים. התרשים תורגם בידי צוות תקשורת המדע. מקור: ויקיפדיה, Mike Jones
הבטחה מחקרית ורפואית
תאי גזע עובריים מבודדים מעוברים שנוצרו בתהליך של הפריית מבחנה. הפריית מבחנה מאפשרת טיפול במצבים מסוימים של חוסר פוריות ובמהלכה נוצרים מספר עוברים, שחלקם לא מושב לרחם. מעוברים אלו, שלא נעשה או יעשה בהם כל שימוש (כ-3% מכלל העוברים המוקפאים בארה"ב) מבודדים תאי המסה הפנימית ונוצרים קווים חדשים של תאי גזע עובריים הגדלים בתרבית. קו תאי הגזע העוברי האנושי הראשון, H1, נוצר בארה"ב בשנת 1998 לאחר שנרכש ידע בהפקת קווי תאים אלו ממספר מיני קופים.
יכולותיהם הייחודיות של תאי גזע עובריים להתרבות ולהתחלק ללא הגבלה ולהתמיין לכל סוג תא, מאפשרות גישה חסרת תקדים לתאים מרקמות שונות בגוף. כך ניתן יהיה לחקור ולהעמיק את הבנתנו בתהליכי ההתמיינות שיוצרים רקמות שונות בגוף וכן בתהליכים המתרחשים ברקמות עצמן. מעבר למחקר מדעי בסיסי, ניתן יהיה לנצל את תאי הרקמה הממוינים למטרות שונות.
ראשית, ניתן יהיה לבצע מבחני רעילות של תרופות עבור תאים מרקמות ספציפיות בגוף. כיום, אין בנמצא קווי תאים לכלל הרקמות בגוף האדם וכך לא נבדקת רעילות תרופה על תאי לב, לדוגמא. בנוסף, תאים ממוינים שמקורם בתאי גזע עובריים, יוכלו לשמש כדי לתמוך באיברים אשר נפגעו ממחלות שונות. לדוגמא, בסוגי סכרת מסוימים נפגמת היכולות של תאי הבטא בלבלב לייצר אינסולין. היכולות למיין תאי גזע עובריים לתאי בטא ולהשתילם בחולה, ייתכן ותגרום להבראת החולים ולחסוך מהם את התלות בתרופות חיצוניות.
כיום מתבצעים מחקרים רבים במטרה לכוון את התמיינותם של תאי גזע עוריים לתאים מרקמה ספציפית. מספר מחקרים כבר תיארו הצלחה במיון תאי גזע עובריים לתאי עצב, עצם, לב, כבד, דם, לבלב ועוד.
כיום מתבצעים ניסויים קליניים בהשתלת תאים ממערכת העצבים (שמויינו מתאי גזע עובריים) באנשים אשר נפגעו בחוט השדרה. יחד עם זאת חשוב לציין כי עוד ארוכה הדרך לשימוש שגרתי בתאים הממוינים מתאי גזע עובריים בהשתלות.
היכולת לבודד קווי תאי גזע עובריים מאפשרת גם לקדם מחקר מחלות גנטיות. קיימים מקרים שבשל חשש גבוה כי ילד יהיה חולה במחלה גנטית קשה מתבצע תהליך של הפריית מבחנה. בכדי לבדוק אם העוברים שנוצרו יחלו במחלה נבדק הרצף הגנומי שלהם בטרם השבתם לרחם Preimplantation) genetic diagnosis, PGD). לרחם מושבים עוברים שאינם נושאים את הסמנים הגנטיים המעידים כי יחלו במחלה. באמצעות היכולת לבודד קווי תאי גזע עוברים ניתן לעשות שימש גם בעוברים המועדים לחלות, ע"י יצירת קווי תאים "חולים". קווים תאים אלו יכולים לספק נגישות ייחודית לחקר המחלה הגנטית והתפתחותה ברמה המולקולרית.
התפתחות דרמטית נוספת בתחום תאי הגזע העובריים באדם, היא האפשרות להשרות את הפיכתם של סוגי תאים רבים לתאים פלוריפוטנטים בעלי מאפיינים דומים לתאי גזע עובריים ( induced (pluripotent stems cell, iPS. התפתחות זו מאפשרת לעשות שימוש בתא כלשהו, תא עור לדוגמא, ולהשרות עליו טיפולים מסוימים שיהפכו אותו בסופו של דבר לתא פלוריפוטנטי. המחקר בתחום זה יאפשר בעתיד, תיאורטית, לבצע השתלות של תאים שימוינו מתאים מאותו האדם שצריך השתלה. בכך יחסכו בעיות רבות הנלוות להשתלות בשל דחייה של המערכת החיסונית.