Τα πιο προηγμένα μοντέλα εμβρύων που μιμούνται όμως τις δύο πρώτες εβδομάδες της ανθρώπινης ανάπτυξης

Τα πιο προηγμένα μοντέλα εμβρύων που μιμούνται όμως τις δύο πρώτες εβδομάδες της ανθρώπινης ανάπτυξης

Χρονική σήμανση: 12 Σεπτεμβρίου 2023 3:00 μ.μ.
Τα πιο προηγμένα μοντέλα εμβρύων που μιμούνται όμως τις πρώτες δύο εβδομάδες ανθρώπινης ανάπτυξης Η νοημοσύνη δεδομένων PlatoBlockchain. Κάθετη αναζήτηση. Ολα συμπεριλαμβάνονται.

Ξεχάστε το σπέρμα συναντά το ωάριο.

Χρησιμοποιώντας ανθρώπινα βλαστοκύτταρα, οι επιστήμονες δημιούργησαν δομές που μοιάζουν με ανθρώπινα έμβρυα μέσα σε τρυβλία Petri. Αυτές οι σταγόνες που καλλιεργούνται στο εργαστήριο αναπτύσσουν πολλαπλές δομές που μιμούνται ένα ανθρώπινο έμβρυο μετά την εμφύτευση στη μήτρα - ένα σημαντικό ορόσημο για τη γονιμότητα - και διαρκούν τουλάχιστον 14 ημέρες.

Πριν από μια δεκαετία, η κατασκευή δομών που μοιάζουν με έμβρυα, ή εμβρυοειδή, χωρίς αναπαραγωγικά κύτταρα θα φαινόταν γελοία. Όμως, καθώς οι επιστήμονες ολοένα και περισσότερο χαρτογραφούν το περίπλοκο μοριακό ταξίδι προς την ανθρώπινη σύλληψη, καθίσταται δυνατό να καταργηθούν το σπέρμα και το ωάριο για να κρυφοκοιτάξουμε στο «μαύρο κουτί» της πρώιμης ανθρώπινης ανάπτυξης.

Ακόμα ακούγεται σαν πείραμα του Φρανκενστάιν. Αλλά η προσπάθεια δεν είναι μακάβρια επιστημονική περιέργεια. Πολύ λίγα είναι γνωστά για τις πρώτες εβδομάδες της ανθρώπινης εγκυμοσύνης, όταν η ανάπτυξη συνήθως τείνει να πάει στραβά. Η μελέτη μοντέλων που μιμούνται αυτά τα πρώιμα στάδια -χωρίς τη διαμάχη των βιολογικών δειγμάτων- θα μπορούσε να βοηθήσει τα ζευγάρια που αγωνίζονται να συλλάβουν και να ρίξουν φως στα μυστήρια των χαμένων πρώιμων εγκυμοσύνων.

Μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Φύση από τον έμβρυο βετεράνο Δρ. Jacob Hanna τώρα προωθεί το χρονοδιάγραμμα της κύησης στο εργαστήριο. Η ομάδα μετέτρεψε ανθρώπινα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα σε εμβρυοειδή που μοντελοποιούν πρώιμα ανθρώπινα έμβρυα. Όπως και τα βιολογικά τους αντίστοιχα, οι σταγόνες που βασίζονται στο εργαστήριο ανέπτυξαν μεγάλα «στρώματα» ιστών που καθορίζουν τα πρώιμα στάδια της ανθρώπινης ανάπτυξης.

"Το δράμα είναι στον πρώτο μήνα, οι υπόλοιποι οκτώ μήνες της εγκυμοσύνης είναι κυρίως μεγάλη ανάπτυξη." είπε Χάνα. «Αλλά αυτός ο πρώτος μήνας εξακολουθεί να είναι σε μεγάλο βαθμό ένα μαύρο κουτί. Το μοντέλο ανθρώπινου εμβρύου που προέρχεται από βλαστοκύτταρα προσφέρει έναν ηθικό και προσιτό τρόπο εξέτασης σε αυτό το κουτί».

Συνταγή για εμβρυοειδή

Πριν από δύο χρόνια, η ίδια ομάδα κυκλοφόρησε ένα επιτυχημένο αποτέλεσμα: το ωάριο συναντά το σπέρμα δεν είναι απαραίτητο για να πυροδοτήσει τη ζωή, τουλάχιστον σε ποντίκια. Χρησιμοποιώντας βλαστοκύτταρα ποντικού, η ομάδα ανακάλυψε μια χημική σούπα που θα μπορούσε να ωθήσει τα κύτταρα σε δομές που μοιάζουν με έμβρυα μέσα σε ένα τρυβλίο Petri.

«Το έμβρυο είναι η καλύτερη μηχανή κατασκευής οργάνων και ο καλύτερος τρισδιάστατος βιοεκτυπωτής—προσπαθήσαμε να μιμηθούμε αυτό που κάνει». είπε Η Χάνα εκείνη την εποχή.

Η ιδέα φαίνεται σχετικά απλή: όλα τα εμβρυϊκά κύτταρα έχουν τη δυνατότητα να γίνουν οποιοσδήποτε άλλος τύπος κυττάρου. Αλλά αυτά τα κύτταρα είναι επίσης άκρως κοινωνικά. Ανάλογα με το περιβάλλον τους - για παράδειγμα, ποια χημικά ή ορμονικά σήματα λαμβάνουν - αυτοοργανώνονται σε ιστούς.

Η καλλιέργεια εμβρυοειδών βασίζεται σε δύο προόδους, αμφότερες από το εργαστήριο Hanna.

Κάποιος τοποθετεί τα επαναφερμένα βλαστοκύτταρα σε μια εντελώς αφελή κατάσταση - μια tabula rasa που εξαφανίζει κάθε ταυτότητα. Συχνά σκεφτόμαστε τα βλαστοκύτταρα ως ένα ομοιόμορφο πλήθος, αλλά στην πραγματικότητα βρίσκονται σε ένα φάσμα ανάπτυξης. Κάθε βήμα προς τα εμπρός καθοδηγεί την ανάπτυξη του κυττάρου προς έναν συγκεκριμένο τύπο κυττάρου ή όργανο. Ωστόσο, ένα αφελές βλαστοκύτταρο έχει τη δυνατότητα να αναπτυχθεί σε οποιοδήποτε μέρος του σώματος.

Η πλήρης επανεκκίνηση σε αφελή βλαστοκύτταρα διευκολύνει την ενσωμάτωση βλαστοκυττάρων στους ξενιστές τους—ανεξάρτητα από το αν είναι σε ανθρώπους ή ποντίκια.

Μια άλλη πρόοδος είναι μια ηλεκτρονικά ελεγχόμενη συσκευή που λούζει τα έμβρυα σε κύματα θρεπτικών συστατικών. Όπως ένας βηματοδότης, η αντλία προσομοιώνει τον τρόπο με τον οποίο τα θρεπτικά συστατικά ξεπλένονται από τα έμβρυα στη μήτρα, ελέγχοντας ταυτόχρονα τα επίπεδα οξυγόνου και την ατμοσφαιρική πίεση.

Σε μελέτη απόδειξης έννοιας, ένα μικρό τμήμα κυττάρων από ποντίκια σχηματίστηκε σε δομές που μοιάζουν με έμβρυα. Αναπτύχθηκαν παρόμοια με τους φυσικούς ομολόγους τους μέχρι περίπου το ήμισυ της κανονικής κύησης. Στις οκτώ ημέρες, τα έμβρυα είχαν μια καρδιά που χτυπούσε, κύτταρα αίματος στην κυκλοφορία τους, έναν μίνι εγκέφαλο με τις κλασικές πτυχές του και μια πεπτική οδό.

«Αν δώσετε σε ένα έμβρυο τις κατάλληλες συνθήκες, ο γενετικός του κώδικας θα λειτουργήσει σαν μια προκαθορισμένη γραμμή ντόμινο, που είναι διατεταγμένα να πέφτουν το ένα μετά το άλλο». είπε Η Χάνα σε παλαιότερη συνέντευξη. «Στόχος μας ήταν να αναδημιουργήσουμε αυτές τις συνθήκες και τώρα μπορούμε να παρακολουθήσουμε, σε πραγματικό χρόνο, καθώς κάθε ντόμινο χτυπά το επόμενο στη σειρά».

Σχεδόν Ανθρώπινος

Τα ποντίκια δεν είναι άντρες. Η Χάνα γνωρίζει καλά και η νέα μελέτη γεφυρώνει το χάσμα.

Το πρώτο βήμα? Προετοιμάστε ένα ανθρώπινο βλαστοκύτταρο επαναφέροντάς το σε μια αφελή κατάσταση.

Με αυτή την πρώτη ύλη στα χέρια, η ομάδα στη συνέχεια έδωσε στα κύτταρα διαφορετικές ταυτότητες, που ονομάζονται γενεαλογίες. Μερικά από αυτά εξελίσσονται σε κύτταρα που τελικά αποτελούν το έμβρυο. Άλλα μετατρέπονται σε υποστηρικτικά κύτταρα, όπως αυτά που συνθέτουν τον πλακούντα ή χτίζουν τον σάκο του κρόκου—ένα μικρό, στρογγυλεμένο multitasker που υποστηρίζει την υγεία του αναπτυσσόμενου εμβρύου.

Με άλλα λόγια, το πρώιμο αναπτυσσόμενο ανθρώπινο έμβρυο είναι ένα πολύπλοκο οικοσύστημα. Έτσι, δεν είναι περίεργο ότι η προσέλκυση αφελών βλαστοκυττάρων σε πολλαπλούς ρόλους διέφευγε εδώ και καιρό τους δημιουργούς εμβρύων. Ωστόσο, κάθε μεμονωμένη γενεαλογία γίνεται απαραίτητη μετά από ένα σημαντικό βήμα στην πρώιμη ανθρώπινη ανάπτυξη, την εμφύτευση. Όταν ένα γονιμοποιημένο έμβρυο προσκολλάται στο τοίχωμα της μήτρας, προκαλεί μυριάδες αλλαγές απαραίτητες για περαιτέρω ανάπτυξη. Είναι επίσης όταν συμβαίνει συχνά απώλεια εμβρύου.

Η νέα μελέτη εστιάζει στο στάδιο μετά την εμφύτευση, επανατοποθετώντας το προηγούμενο εμβρυοειδές πρωτόκολλο ποντικού της ομάδας για τη δημιουργία αυτοοργανωμένων ανθρώπινων εμβρυοειδών. Παραδόξως, ήταν πιο απλό.

Έπρεπε να κατασκευάσουν γενετικά βλαστοκύτταρα ποντικιού για να τα ωθήσουν προς διαφορετικές γενεαλογίες, λέει η ομάδα. Με τα ανθρώπινα κύτταρα, απλώς τροποποίησαν το θρεπτικό λουτρό -δεν απαιτούνται επιπλέον γονίδια- για να ενεργοποιήσουν γενετικά προγράμματα στα βλαστοκύτταρα, μετατρέποντάς τα και στους τρεις τύπους υποστηρικτικών ιστών.

Καθώς τα έμβρυα ωρίμαζαν, η ομάδα χρησιμοποίησε μια σειρά από μοριακά και γενετικά εργαλεία για να εξετάσει την πιστότητά τους. Συνολικά, οι δομές έμοιαζαν με την τρισδιάστατη αρχιτεκτονική των φυσικά ανεπτυγμένων ανθρώπινων εμβρύων μεταξύ 3 και 7 ημερών μετά τη γονιμοποίηση. Μερικά κύτταρα άντλησαν ακόμη και την ανθρώπινη χοριακή γοναδοτροπίνη (hCG), μια ορμόνη που χρησιμοποιείται για τεστ εγκυμοσύνης στο σπίτι. Ταμπονάροντας τις εκκρίσεις των κυττάρων στο ραβδί έδωσε το θετικό αποτέλεσμα διπλής γραμμής.

Συνολικά, τα έμβρυα έδειξαν βασικά αναπτυξιακά ορόσημα ενός πρώιμου εμφυτευμένου εμβρύου, είπε η ομάδα, χωρίς να χρειάζεται γονιμοποίηση ή αλληλεπιδράσεις με τη μήτρα της μητέρας.

[Ενσωματωμένο περιεχόμενο]

Εμβρυοειδής Φυλή

Η ομάδα της Χάνα δεν είναι η μόνη που σπρώχνει τα έμβρυα προς τα εμπρός.

Τον Ιούνιο του τρέχοντος έτους, δύο άλλες ομάδες κατασκευασμένα έμβρυα που μιμούνται ανθρώπινα έμβρυα μετά την εμφύτευση. Οι συνταγές και τα υλικά είναι διαφορετικά από αυτά της Hanna. Μια μελέτη, για παράδειγμα, εισήγαγε μια σειρά από ισχυρούς γενετικούς παράγοντες που ώθησαν τα βλαστοκύτταρα να γίνουν υποστηρικτικοί ιστοί.

Οι επιστήμονες δεν συμφωνούν απόλυτα σχετικά με το ποια έμβρυα μοιάζουν καλύτερα με το φυσικό τους αντίστοιχο. Ωστόσο, συμφωνούν σε μια πτυχή: τα βλαστοκύτταρα, υπό τις κατάλληλες συνθήκες, έχουν μια απίστευτη ικανότητα να αυτοοργανώνονται σε όλο και πιο εξελιγμένες δομές που μοιάζουν με έμβρυα.

Προς το παρόν, το έμβρυο των 14 ημερών διαφημίζεται ως "πιο προχωρημένο" Ακόμη.

Οι δεκατέσσερις ημέρες είναι ένα αυστηρό όριο για την έρευνα σε φυσικά ανθρώπινα έμβρυα σε πολλές χώρες, καθώς δεν μπορούν να καλλιεργηθούν περαιτέρω στο εργαστήριο. Ωστόσο, τα έμβρυα δεν πληρούν τον ορισμό του εμβρύου και δεν υπόκεινται στον περιορισμό των 14 ημερών. Με άλλα λόγια, τα ανθρώπινα έμβρυα θα μπορούσαν να καλλιεργηθούν περαιτέρω κατά τη διάρκεια του χρονοδιαγράμματος ανάπτυξης. Προηγούμενες εργασίες δείχνουν ότι είναι τεχνολογικά δυνατό σε ποντίκια, με τα βλαστοκύτταρα να αναπτύσσουν ημι-λειτουργικά όργανα.

Αν μπερδεύεστε λίγο - δεν είστε μόνοι. Τα έμβρυα μεγαλώνουν σε ολοένα μεταγενέστερα στάδια σε έναν αγώνα εξοπλισμών για να ανοίξει το μαύρο κουτί της πρώιμης ανθρώπινης ανάπτυξης. Προς το παρόν, τα έμβρυα που αναπτύσσονται από ανθρώπινα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα πρέπει να σέβονται τους ισχύοντες κανονισμούς. Ωστόσο, αυτά που παράγονται από επαγόμενα βλαστοκύτταρα -που συχνά χρησιμοποιούν κύτταρα δέρματος που επανέρχονται σε κατάσταση που μοιάζει με βλαστοκύτταρα- δεν υπόκεινται σε κανέναν κανόνα.

Για να είμαστε σαφείς, τα έμβρυα δεν έχουν την ικανότητα να αναπτυχθούν πλήρως σε ανθρώπινα όντα. Ωστόσο, α πρόσφατη μελέτη σε πιθήκους έδειξε ότι μπορούν να προκαλέσουν εγκυμοσύνη όταν μεταμοσχευθούν στη μήτρα - αν και σε αυτή την περίπτωση, το έμβρυο τερματίστηκε γρήγορα και φυσικά. Οι συζητήσεις για το εάν και πώς να ρυθμιστούν αυτές οι κυτταρικές κηλίδες συνεχίζονται.

Προς το παρόν, η ομάδα της Hanna επικεντρώνεται στην αναθεώρηση της συνταγής της για να ενισχύσει την αποτελεσματικότητα. Αλλά ως μακροπρόθεσμος στόχος, ελπίζουν να ωθήσουν το έμβρυο ακόμα περισσότερο για να δουν αν μπορούν να αναπτύξουν υποτυπώδη όργανα. Αυτά τα πειράματα «θα προσφέρουν πληροφορίες για τα προηγουμένως απρόσιτα παράθυρα της πρώιμης ανθρώπινης ανάπτυξης», λένε.

Image Credit: Ινστιτούτο Επιστήμης Weizmann

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Κέντρο μοναδικότητας