Tutkijat Weizmannin tiedeinstituutti ovat ensimmäistä kertaa koskaan kasvattaneet synteettisiä hiirten alkiomalleja kohdun ulkopuolella käyttämällä petrimaljassa viljeltyjä kantasoluja. Tämä on lääketieteen suuri läpimurto.
Lisäksi soluviljelyprosessi suoritetaan myös ilman hedelmöittyneiden munasolujen käyttöä, mikä ohittaa siittiöiden tarpeen.
Tällä lähestymistavalla voitaisiin suuressa määrin välttää teknologiset ja moraaliset huolenaiheet, jotka liittyvät luonnollisten alkioiden käyttöön tutkimuksessa ja biotekniikassa, mikä tekisi siitä uskomattoman tärkeän. Jopa hiirillä jotkin testit ovat tällä hetkellä epäkäytännöllisiä, koska ne edellyttäisivät tuhansia alkiot; Hiiren alkiosoluista kehitettyjä malleja, jotka lisääntyvät miljoonilla laboratoriohautomoissa, on kuitenkin lähes rajaton.
Professori Jacob Hanna Weizmannin molekyyligenetiikan osastolta sanoi: ”Alkio on paras elinten valmistuskone ja paras 3D-biotulostin – yritimme jäljitellä sen toimintaa. Tiedemiehet tietävät jo, kuinka kypsät solut palautetaan "runkoisiksi" – tämän solujen uudelleenohjelmoinnin pioneerit olivat voittaneet Nobel-palkinnon vuonna 2012. Mutta päinvastaiseen suuntaan kulkeminen saa kantasolut erilaistumaan erikoistuneiksi kehon soluiksi, kokonaisista muotoelimistä puhumattakaan, on osoittautunut paljon ongelmallisemmaksi."
"Tähän asti useimmissa tutkimuksissa erikoistuneet solut olivat usein joko vaikeasti tuottavia tai poikkeavia, ja niillä oli taipumus muodostaa sekaisin kudosten siirtoon soveltuvan hyvin rakenteellisen kudoksen sijaan. Onnistuimme voittamaan nämä esteet vapauttamalla itseorganisaatiopotentiaalin, joka on koodattu kantasolujen"
Maaliskuussa 2021 tutkijat keksivät elektronisesti ohjatun laitteen, joka mahdollistaa luonnollisten hiiren alkioiden kasvattamisen kohdun ulkopuolella. Tutkijat käyttivät samaa laitetta uudessa kokeessa hiiren kantasolujen kasvattamiseen yli viikon ajan – noin puolet hiiren raskausajasta.
Tutkijat jakoivat kantasolut kolmeen ryhmään ennen kuin ne asetettiin laitteeseen. Yhdessä solut, joista lopulta tulisi itse alkioelimiä, jätettiin nykyiseen tilaan. Toinen kahdesta geenityypistä, joko istukan tai ruskuaispussin pääsäätelijöitä, yli-ilmentyi kahden muun ryhmän soluissa esikäsittelyn aikana, joka kesti vain 48 tuntia.
Hanna sanoi, "Annoimme näille kahdelle soluryhmälle ohimenevän sysäyksen synnyttääksemme alkionulkoisia kudoksia, jotka ylläpitävät kehittyvä alkio"
Kolme soluryhmää yhdistettiin nopeasti laitteen sisällä muodostaen aggregaatteja, joista suurin osa ei kehittynyt täysin. Kuitenkin 50 10,000 0.5:sta eli noin XNUMX prosenttia muodostui palloiksi, joista jokainen kehittyi myöhemmin pitkänomaiseksi alkion kaltaiseksi rakenteeksi. Istukka ja keltuaispussit näkyivät alkioiden ulkopuolella, ja mallin kehitys eteni kuin luonnollisessa alkiossa, koska tutkijat olivat värikoodaneet jokaisen solusarjan.
Nämä synteettiset mallit kehittyivät normaalisti päivään 8.5 saakka – lähes puoleen hiiren 20 päivän tiineydestä –, jolloin oli muodostunut kaikki varhaiset elinten progenitorit, mukaan lukien sykkivä sydän, veren kantasolujen kierto ja aivot, joissa on hyvin muotoiltuja poimuja, hermoputki ja suolikanava. Verrattuna luonnollisiin hiiren alkioihin synteettiset mallit osoittivat 95 prosentin samankaltaisuutta sekä sisäisten rakenteiden muodossa että eri solutyyppien geenien ilmentymismalleissa. Malleissa nähdyt elimet antoivat kaikki viitteet toimivuudesta.
Hanna sanoi, ”Tutkimus esittelee uuden areenan: Seuraava haasteemme on ymmärtää, kuinka kantasolut tietävät mitä tehdä – kuinka ne kokoontuvat elimiin ja löytävät tiensä niille osoitettuihin paikkoihin alkion sisällä. Ja koska järjestelmämme, toisin kuin kohtu, on läpinäkyvä, se voi osoittautua hyödylliseksi ihmisalkioiden syntymä- ja implantaatiovaurioiden mallintamiseen.
"Sen sijaan, että kehitettäisiin erilainen protokolla kunkin solutyypin – esimerkiksi munuaisten tai maksan – kasvattamiseen, voimme jonakin päivänä pystyä luomaan synteettisen alkion kaltaisen mallin ja sitten eristämään tarvitsemamme solut. Meidän ei tarvitse sanella nouseville elimille, kuinka niiden tulee kehittyä. Alkio itse tekee tämän parhaiten."
Lehden viite:
- Shadi Tarazi, Alejandro Aguilera Castrejon, et ai. ¬Gastrulaation jälkeiset synteettiset alkiot, jotka on luotu ulos kohdusta hiiren naiiveista ESC:istä. Solu 01. elokuuta 2022. DOI: 10.1016 / j.cell.2022.07.028
