Επιστήμονες από το Ινστιτούτο Επιστήμης Weizmann έχουν αναπτύξει για πρώτη φορά μοντέλα συνθετικών εμβρύων ποντικών εκτός μήτρας χρησιμοποιώντας βλαστοκύτταρα που καλλιεργήθηκαν σε τρυβλίο Petri. Πρόκειται για μια σημαντική ανακάλυψη της ιατρικής επιστήμης.
Επιπλέον, η διαδικασία κυτταροκαλλιέργειας γίνεται επίσης χωρίς τη χρήση γονιμοποιημένων ωαρίων, παρακάμπτοντας έτσι την ανάγκη για σπέρμα.
Αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε, σε σημαντικό βαθμό, να αποφύγει τις τεχνολογικές και ηθικές ανησυχίες που συνδέονται με τη χρήση φυσικών εμβρύων στην έρευνα και τη βιοτεχνολογία, καθιστώντας την απίστευτα σημαντική. Ακόμη και με ποντίκια, ορισμένες δοκιμές δεν είναι επί του παρόντος πρακτικές γιατί θα απαιτούσαν χιλιάδες έμβρυα; Ωστόσο, η διαθεσιμότητα μοντέλων που αναπτύχθηκαν από εμβρυϊκά κύτταρα ποντικού, τα οποία πολλαπλασιάζονται κατά εκατομμύρια σε θερμοκοιτίδες εργαστηρίου, είναι σχεδόν απεριόριστη.
Ο καθηγητής Jacob Hanna του Τμήματος Μοριακής Γενετικής του Weizmann είπε: «Το έμβρυο είναι η καλύτερη μηχανή κατασκευής οργάνων και ο καλύτερος τρισδιάστατος βιοεκτυπωτής – προσπαθήσαμε να μιμηθούμε αυτό που κάνει. Οι επιστήμονες γνωρίζουν ήδη πώς να επαναφέρουν τα ώριμα κύτταρα σε «βλαστικότητα» – οι πρωτοπόροι αυτού του κυτταρικού επαναπρογραμματισμού είχαν κερδίσει το βραβείο Νόμπελ το 3. Αλλά πηγαίνοντας προς την αντίθετη κατεύθυνση, προκαλώντας τα βλαστοκύτταρα να διαφοροποιούνται σε εξειδικευμένα κύτταρα του σώματος, για να μην αναφέρουμε ολόκληρα όργανα. έχει αποδειχθεί πολύ πιο προβληματική».
«Μέχρι τώρα, στις περισσότερες μελέτες, τα εξειδικευμένα κύτταρα ήταν συχνά είτε δύσκολο να παραχθούν είτε παρεκκλίνοντα, και έτειναν να σχηματίζουν ένα συνονθύλευμα αντί για καλά δομημένο ιστό κατάλληλο για μεταμόσχευση. Καταφέραμε να ξεπεράσουμε αυτά τα εμπόδια απελευθερώνοντας τις δυνατότητες αυτοοργάνωσης που κωδικοποιούνται στο стволови клетки. "
Τον Μάρτιο του 2021, οι επιστήμονες δημιούργησαν την ηλεκτρονικά ελεγχόμενη συσκευή που επιτρέπει την ανάπτυξη φυσικών εμβρύων ποντικιού έξω από τη μήτρα. Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν την ίδια συσκευή στο νέο πείραμα για να αναπτύξουν βλαστοκύτταρα ποντικού για πάνω από μια εβδομάδα - περίπου το ήμισυ του χρόνου κύησης για ένα ποντίκι.
Οι επιστήμονες χώρισαν τα βλαστοκύτταρα σε τρεις ομάδες πριν τοποθετηθούν στη συσκευή. Σε ένα, τα κύτταρα που τελικά θα γίνονταν τα ίδια εμβρυϊκά όργανα έμειναν στην τρέχουσα κατάστασή τους. Ένας από τους δύο τύπους γονιδίων, κύριοι ρυθμιστές είτε του πλακούντα είτε του σάκου του κρόκου, υπερεκφράστηκαν στα κύτταρα των άλλων δύο ομάδων κατά τη διάρκεια μιας προθεραπείας που διήρκεσε μόνο 48 ώρες.
Η Χάνα είπε, «Δώσαμε σε αυτές τις δύο ομάδες κυττάρων μια παροδική ώθηση για να δημιουργήσουν εξωεμβρυϊκούς ιστούς που συντηρούν το αναπτυσσόμενο έμβρυο. "
Οι τρεις ομάδες κυττάρων συνδυάστηκαν γρήγορα μέσα στη συσκευή για να σχηματίσουν συσσωματώματα, η πλειονότητα των οποίων απέτυχε να υποστεί πλήρη ανάπτυξη. Ωστόσο, 50 από τις 10,000, ή περίπου το 0.5 τοις εκατό, συνέχισαν να σχηματίζουν σφαίρες, καθεμία από τις οποίες αργότερα εξελίχθηκε σε μια επιμήκη δομή που μοιάζει με έμβρυο. Ο πλακούντας και οι σάκοι του κρόκου ήταν ορατοί έξω από τα έμβρυα και η ανάπτυξη του μοντέλου προχώρησε όπως σε ένα φυσικό έμβρυο αφού οι επιστήμονες είχαν χρωματίσει κάθε σύνολο κυττάρων.
Αυτά τα συνθετικά μοντέλα αναπτύχθηκαν κανονικά μέχρι την ημέρα 8.5 - σχεδόν το ήμισυ της 20ήμερης κύησης του ποντικιού - στο οποίο είχαν σχηματιστεί όλοι οι πρώιμοι πρόγονοι οργάνων, συμπεριλαμβανομένης της πάλλουσας καρδιάς, της κυκλοφορίας των βλαστοκυττάρων του αίματος και ενός εγκεφάλου με καλοσχηματισμένες πτυχές. νευρικού σωλήνα και ενός εντερικού σωλήνα. Σε σύγκριση με τα φυσικά έμβρυα ποντικών, τα συνθετικά μοντέλα εμφάνισαν 95 τοις εκατό ομοιότητα τόσο στο σχήμα των εσωτερικών δομών όσο και στα πρότυπα γονιδιακής έκφρασης διαφορετικών τύπων κυττάρων. Τα όργανα που φαίνονται στα μοντέλα έδωσαν κάθε ένδειξη ότι είναι λειτουργικά.
Hanna είπε, «Η μελέτη παρουσιάζει ένα νέο πεδίο: Η επόμενη πρόκληση μας είναι να κατανοήσουμε πώς τα βλαστοκύτταρα ξέρουν τι να κάνουν – πώς αυτοσυναρμολογούνται σε όργανα και βρίσκουν το δρόμο τους προς τα σημεία που τους έχουν οριστεί μέσα σε ένα έμβρυο. Και επειδή το σύστημά μας, σε αντίθεση με τη μήτρα, είναι διαφανές, μπορεί να αποδειχθεί χρήσιμο για τη διαμόρφωση ελαττωμάτων γέννησης και εμφύτευσης ανθρώπινων εμβρύων».
«Αντί να αναπτύξουμε ένα διαφορετικό πρωτόκολλο για την ανάπτυξη κάθε τύπου κυττάρου –για παράδειγμα, αυτών των νεφρών ή του ήπατος– μπορεί μια μέρα να μπορέσουμε να δημιουργήσουμε ένα συνθετικό μοντέλο που μοιάζει με έμβρυο και στη συνέχεια να απομονώσουμε τα κύτταρα που χρειαζόμαστε. Δεν θα χρειαστεί να υπαγορεύσουμε στα αναδυόμενα όργανα πώς πρέπει να αναπτυχθούν. Το ίδιο το έμβρυο το κάνει αυτό καλύτερα».
Αναφορά στο περιοδικό:
- Shadi Tarazi, Alejandro Aguilera Castrejon, κ.ά. ¬Συνθετικά έμβρυα μετά τη γαστρορραγία που δημιουργήθηκαν Ex utero από ESCs ποντικιών που δεν είναι άγνωστα. Κύτταρο 01 Αυγούστου 2022. DOI: 10.1016 / j.cell.2022.07.028
