Kõige arenenumad embrüomudelid jäljendavad inimarengu esimest kahte nädalat

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Kõige arenenumad embrüomudelid, mis jäljendavad inimarengu esimest kahte nädalat PlatoBlockchain andmeanalüüsi. Vertikaalne otsing. Ai.

Unustage sperma kohtub munaga.

Inimese tüvirakke kasutades on teadlased loonud Petri tasside sisse inimese embrüotaolisi struktuure. Need laboris kasvatatud laigud tekitavad pärast emakasse siirdamist – mis on viljakuse oluline verstapost – mitmeid struktuure, mis jäljendavad inimese embrüot ja kestavad vähemalt 14 päeva.

Kümmekond aastat tagasi oleks embrüotaoliste struktuuride ehk embrüoidide tootmine ilma sugurakkudeta tundunud naeruväärne. Kuid kuna teadlased kaardistavad üha enam keerulist molekulaarset teekonda inimese eostamise suunas, muutub võimalikuks spermatosoidide ja munarakkude kaotamine, et piiluda varase inimarengu "musta kasti".

See kõlab endiselt nagu Frankensteini eksperiment. Kuid see ettevõtmine ei ole õudne teaduslik uudishimu. Väga vähe on teada inimese esimestest rasedusnädalatest, mil areng kipub kõige sagedamini viltu minema. Neid varajasi staadiume jäljendavate mudelite uurimine – ilma bioloogiliste proovide vaidluseta – võib aidata paaridel, kes võitlevad rasestumisega, ja valgustada varajase raseduse katkemise saladusi.

Uus uuring avaldati aastal loodus Embrüoveteran Dr Jacob Hanna lükkab nüüd labori raseduse ajakava edasi. Töörühm muutis inimese embrüonaalsed tüvirakud embrüoidideks, mis modelleerivad inimese varajasi embrüoid. Nagu nende bioloogilised kolleegid, arendasid laboripõhised plekid välja peamised kudede "kihid", mis määrasid inimarengu varajased staadiumid.

"Draama on esimesel kuul, ülejäänud kaheksa raseduskuud on peamiselt palju kasvu," ütles Hanna. "Kuid see esimene kuu on ikkagi suuresti must kast. Meie tüvirakkudest saadud inimembrüo mudel pakub eetilist ja ligipääsetavat viisi sellesse kasti piilumiseks.

Embrüoidi retsept

Kaks aastat tagasi avaldas sama meeskond kassahiti: munarakk ja sperma ei ole vähemalt hiirtel elu tekitamiseks vajalikud. Hiire tüvirakke kasutades avastas töörühm keemilise supi, mis võib rakud Petri tassis embrüotaolistesse struktuuridesse suruda.

"Embrüo on parim organite valmistamise masin ja parim 3D-bioprinter – proovisime jäljendada, mida see teeb," ütles Hanna sel ajal.

Idee tundub suhteliselt lihtne: kõigil embrüonaalsetel rakkudel on potentsiaal muutuda mis tahes muuks rakutüübiks. Kuid need rakud on ka väga sotsiaalsed. Sõltuvalt keskkonnast – näiteks sellest, milliseid keemilisi või hormonaalseid signaale nad saavad – organiseeruvad nad ise kudedeks.

Embrüoidide kasvatamine tugineb kahele edusammule, mõlemad Hanna laborist.

Üks asetab tagasipööratud tüvirakud täiesti naiivsesse olekusse – tabula rasa, mis pühib minema igasuguse identiteedi. Me mõtleme sageli tüvirakkudest kui ühtsest rahvahulgast, kuid tegelikult on need arenemisspektris. Iga samm edasi suunab raku arengut kindla rakutüübi või elundi suunas. Naiivsel tüvirakul on aga potentsiaal kasvada mis tahes kehaosaks.

Täielik taaskäivitamine naiivsetele tüvirakkudele muudab tüvirakkude integreerimise nende peremeestesse lihtsamaks – olenemata sellest, kas see on inimestel või hiired.

Teine edusamm on elektrooniliselt juhitav seade, mis ujutab embrüoide toitainete lainetes. Nagu südamestimulaator, simuleerib pump seda, kuidas toitained imbuvad embrüote emakasse, kontrollides samal ajal hapnikutaset ja atmosfäärirõhku.

Aastal kontseptsiooni tõestamise uuring, väike osa hiirte rakkudest moodustati embrüotaolisteks struktuurideks. Nad arenesid sarnaselt oma loomulike kolleegidega kuni ligikaudu pooleni nende normaalsest tiinusest. Kaheksa päeva pärast oli embrüoididel tuksuv süda, vereringes vererakud, klassikaliste voltidega miniaju ja seedetrakt.

"Kui annate embrüole õiged tingimused, toimib selle geneetiline kood nagu eelseadistatud doominojoon, mis on paigutatud üksteise järel langema." ütles Hanna ühes varasemas intervjuus. "Meie eesmärk oli need tingimused uuesti luua ja nüüd saame reaalajas jälgida, kuidas iga doomino tabab järjekorras järgmist."

Peaaegu inimlik

Hiired ei ole mehed. Hanna on sellest hästi teadlik ja uus uuring ületab kuristikku.

Esimene samm? Alustage inimese tüvirakk, viies selle tagasi naiivsesse olekusse.

Kui see tooraine käes, andis meeskond rakkudele erineva identiteedi, mida nimetatakse liinideks. Mõned neist arenevad rakkudeks, mis lõpuks moodustavad embrüo. Teised muutuvad tugirakkudeks, näiteks need, mis moodustavad platsenta või loovad munakollase koti – väikeseks ümaraks. multitasker mis toetab areneva embrüo tervist.

Teisisõnu, varakult arenev inimembrüo on keeruline ökosüsteem. Seega pole ime, et naiivsete tüvirakkude meelitamine mitmeks rolliks on embrüoiditootjatest juba ammu kõrvale hiilinud. Ometi muutub iga suguvõsa asendamatuks pärast seda, kui inimkonna varases arengus toimub suur samm, implantatsioon. Kui viljastatud embrüo kinnitub emaka seina külge, tekitab see hulgaliselt edasiseks arenguks olulisi muutusi. See on ka siis, kui sageli esineb embrüo kadu.

Uus uuring suumib implantatsioonijärgset etappi, rakendades uuesti meeskonna varasemat hiire embrüoidprotokolli, et luua iseorganiseeruvad inimembrüoidid. Üllataval kombel oli see lihtsam.

Meeskond ütleb, et nad pidid geneetiliselt muundama hiire tüvirakke, et suruda need erinevate liinide poole. Inimese rakkudega kohandasid nad lihtsalt toitainete vanni – täiendavaid geene polnud vaja –, et aktiveerida tüvirakkudes geneetilised programmid, muutes need kõigiks kolme tüüpi tugikudedeks.

Embrüoidide küpsedes kasutas meeskond nende truuduse uurimiseks mitmeid molekulaarseid ja geneetilisi tööriistu. Üldiselt sarnanesid struktuurid looduslikult arenenud inimembrüote 3D-arhitektuuriga 7–14 päeva pärast viljastamist. Mõned rakud pumbasid välja isegi inimese kooriongonadotropiini (hCG), hormooni, mida kasutatakse kodustes rasedustestides. Rakkude sekretsiooni pulgale tupsutamine andis kaherealise positiivse tulemuse.

Üldiselt näitasid embrüoidid varakult siirdatud embrüo peamisi arengusuundi, ütles meeskond, ilma et oleks vaja viljastada või suhelda emaüsaga.

[Varjatud sisu]

Embrüoidide rass

Hanna meeskond pole ainus, kes embrüoide edasi lükkab.

Selle aasta juunis kaks teised meeskonnad konstrueeritud embrüoidid, mis jäljendavad inimese embrüoid pärast implanteerimist. Retseptid ja koostisained erinevad Hanna omast. Näiteks ühes uuringus sisestati hulga võimsaid geneetilisi tegureid, mis sundisid tüvirakke muutuma tugikudedeks.

Teadlased ei ole päris ühel meelel selles, millised embrüoidid sarnanevad kõige paremini nende loomuliku vastega. Siiski nõustuvad nad ühes aspektis: õigetes tingimustes on tüvirakkudel uskumatu võime ise organiseeruda üha keerukamateks embrüotaolisteks struktuurideks.

Praegu reklaamitakse 14-päevast embrüoid kui "kõige arenenum” veel.

Neliteist päeva on paljudes riikides looduslike inimembrüote uurimiseks range piirang, kuna neid ei saa laboris edasi kasvatada. Kuid embrüoidid ei vasta embrüo määratlusele ja nende suhtes ei kehti 14-päevane piirang. Teisisõnu võiks inimembrüoide arendamise aja jooksul edasi kultiveerida. Varasemad tööd näitavad, et see on tehnoloogiliselt võimalik hiirtel, kus tüvirakud arendavad poolfunktsionaalseid elundeid.

Kui sa lähed pisut välja, pole sa üksi. Embrüoidid kasvavad võidurelvastumises üha hilisematesse etappidesse, et avada inimkonna varajase arengu must kast. Praegu peavad inimese embrüonaalsetest tüvirakkudest kasvatatud embrüoidid järgima kehtivaid eeskirju. Kuid need, mis on valmistatud indutseeritud tüvirakkudest (sageli kasutades tüvirakulaadsesse olekusse viidud naharakke), ei allu ühelegi reeglile.

Et olla selge, embrüoidid ei suuda täielikult inimeseks areneda. Siiski a hiljutine uuring ahvidel näitasid, et nad võivad emakasse siirdamisel esile kutsuda raseduse – kuigi sel juhul katkes embrüo kiiresti ja loomulikult. Arutelud selle üle, kas ja kuidas neid rakulisi plokke reguleerida, käivad.

Praegu on Hanna meeskond keskendunud oma retsepti läbivaatamisele, et tõhusust suurendada. Kuid pikaajalise eesmärgina loodavad nad embrüoid veelgi kaugemale lükata, et näha, kas neil on võimalik arendada algelisi elundeid. Nad ütlevad, et need katsed "pakkuvad ülevaadet varase inimarengu varem ligipääsmatutest akendest.

Image Credit: Weizmanni teadusinstituut