Forskere fra Weizmann Institute of Science har - for første gang nogensinde - dyrket syntetiske embryomodeller af mus uden for livmoderen ved hjælp af stamceller dyrket i en petriskål. Dette er et stort lægevidenskabeligt gennembrud.
Desuden foregår celledyrkningsprocessen også uden brug af befrugtede æg, og derved omgås behovet for sæd.
Denne tilgang kunne i betydeligt omfang undgå de teknologiske og moralske bekymringer, der er forbundet med at bruge naturlige embryoner i forskning og bioteknologi, hvilket gør den utrolig vigtig. Selv med mus er nogle tests i øjeblikket upraktiske, fordi de ville kræve tusindvis af embryoner; Tilgængeligheden af modeller udviklet fra museembryonale celler, som multipliceres med millioner i laboratorie-inkubatorer, er dog næsten ubegrænset.
Prof. Jacob Hanna fra Weizmanns afdeling for molekylær genetik sagde: "Embryonet er den bedste organfremstillingsmaskine og den bedste 3D-bioprinter - vi forsøgte at efterligne, hvad det gør. Forskere ved allerede, hvordan man genopretter modne celler til "stamness" - pionerer inden for denne cellulære omprogrammering havde vundet en Nobelpris i 2012. Men går i den modsatte retning, hvilket får stamceller til at differentiere til specialiserede kropsceller, for ikke at nævne hele formorganer, har vist sig meget mere problematisk.”
"Indtil nu, i de fleste undersøgelser, var de specialiserede celler ofte enten svære at producere eller afvigende, og de havde en tendens til at danne en blanding i stedet for velstruktureret væv, der var egnet til transplantation. Det lykkedes os at overvinde disse forhindringer ved at frigøre det selvorganiseringspotentiale, der er kodet i stamceller".
I marts 2021 kom forskerne med den elektronisk kontrollerede enhed, der tillader dyrkning af naturlige museembryoner uden for livmoderen. Forskere brugte den samme enhed i det nye eksperiment til at dyrke musestamceller i over en uge - omkring halvdelen af graviditetstiden for en mus.
Forskerne opdelte stamcellerne i tre grupper, før de blev placeret i enheden. I den ene blev de celler, der i sidste ende selv ville blive embryonale organer, efterladt i deres nuværende tilstand. En af to typer gener, masterregulatorer af enten placenta eller blommesækken, blev overudtrykt i cellerne i de to andre grupper under en forbehandling, der kun varede 48 timer.
Hanna sagde, "Vi gav disse to grupper af celler et forbigående skub for at give anledning til ekstraembryonale væv, der opretholder udvikle embryo".
De tre cellegrupper blev hurtigt kombineret inde i enheden for at danne aggregater, hvoraf størstedelen ikke gennemgik fuld udvikling. Men 50 ud af 10,000, eller omkring 0.5 procent, fortsatte med at danne kugler, som hver især senere udviklede sig til en aflang, embryolignende struktur. Placenta og blommesække var synlige uden for embryoerne, og modellens udvikling forløb som i et naturligt embryo, da forskerne havde farvekodet hvert sæt celler.
Disse syntetiske modeller udviklede sig normalt indtil dag 8.5 – næsten halvdelen af musens 20 dages drægtighed – på hvilket stadium alle de tidlige organforfædre var dannet, inklusive et bankende hjerte, blodstamcellecirkulation og en hjerne med velformede folder, en neuralrøret og en tarmkanal. Sammenlignet med naturlige museembryoner udviste de syntetiske modeller 95 procent lighed i både formen af interne strukturer og genekspressionsmønstrene for forskellige celletyper. De organer, der blev set i modellerne, gav alle indikationer på at være funktionelle.
Hanna sagde, "Undersøgelsen præsenterer en ny arena: Vores næste udfordring er at forstå, hvordan stamceller ved, hvad de skal gøre - hvordan de selv samles til organer og finder vej til deres tildelte steder inde i et embryo. Og fordi vores system, i modsætning til en livmoder, er gennemsigtigt, kan det vise sig nyttigt til at modellere fødsels- og implantationsdefekter af menneskelige embryoner."
"I stedet for at udvikle en anden protokol for dyrkning af hver celletype - for eksempel nyrernes eller leverens - kan vi en dag være i stand til at skabe en syntetisk embryo-lignende model og derefter isolere de celler, vi har brug for. Vi behøver ikke at diktere de nye organer, hvordan de skal udvikle sig. Det gør embryonet selv bedst."
Journal Reference:
- Shadi Tarazi, Alejandro Aguilera Castrejon, et al. ¬Syntetiske embryoner efter gastrulation genereret Ex Utero fra mus-naive ESC'er. Cell 01. august 2022. DOI: 10.1016 / j.cell.2022.07.028
