A legfejlettebb embriómodellek mégis az emberi fejlődés első két hetét utánozzák

A legfejlettebb embriómodellek mégis az emberi fejlődés első két hetét utánozzák

Időbélyeg: 12. szeptember 2023. 3:00
The Most Advanced Embryo Models Yet Mimic the First Two Weeks of Human Development PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

Felejtsd el a spermiumot a tojással.

Emberi őssejtek felhasználásával a tudósok emberi embriószerű struktúrákat hoztak létre Petri-csészékben. Ezek a laboratóriumban növesztett foltok több olyan struktúrát fejlesztenek ki, amelyek utánozzák az emberi embriót a méhbe történő beültetés után – ez a termékenység fontos mérföldköve –, és legalább 14 napig tartanak.

Egy évtizeddel ezelőtt embriószerű struktúrákat vagy embriókat gyártani reproduktív sejtek nélkül nevetségesnek tűnt volna. De ahogy a tudósok egyre inkább feltérképezik az emberi fogantatás felé vezető bonyolult molekuláris utat, lehetségessé válik a spermiumok és a petesejt eltávolítása, hogy bepillanthassunk a korai emberi fejlődés „fekete dobozába”.

Még mindig úgy hangzik, mint egy Frankenstein-kísérlet. De a törekvés nem hátborzongató tudományos kíváncsiság. Nagyon keveset tudunk az emberi terhesség első heteiről, amikor a fejlődés leggyakrabban félremegy. Az ezeket a korai szakaszokat utánzó modellek tanulmányozása – a biológiai minták vitája nélkül – segíthet a teherbeesésért küzdő pároknak, és rávilágíthat a korai elvesztett terhesség titkaira.

Egy új tanulmány, amely Természet Dr. Jacob Hanna embrió veterántól most előremozdítja a labor terhességi idővonalát. A csapat az emberi embrionális őssejteket korai emberi embriókat modellező embrioidokká alakította. Biológiai társaikhoz hasonlóan a laboratóriumi alapú foltok is jelentős szövetrétegeket fejlesztettek ki, amelyek meghatározzák az emberi fejlődés korai szakaszát.

"A dráma az első hónapban zajlik, a terhesség hátralévő nyolc hónapja főleg sok növekedéssel jár." mondott Hanna. „De az első hónap még mindig nagyrészt egy fekete doboz. Őssejt-eredetű emberi embriómodellünk etikus és hozzáférhető módot kínál a dobozba való betekintéshez.”

Embrioid receptje

Két évvel ezelőtt ugyanez a csapat kiadott egy kasszasiker eredményt: a tojás és a sperma nem szükséges az élet felkeltéséhez, legalábbis az egereknél. Egér őssejtek felhasználásával a csapat felfedezett egy kémiai levest, amely a sejteket embriószerű struktúrákká tudta lökni egy Petri-csészében.

„Az embrió a legjobb szervkészítő gép és a legjobb 3D bionyomtató – megpróbáltuk utánozni, amit csinál” mondott Hanna annak idején.

Az ötlet viszonylag egyszerűnek tűnik: minden embrionális sejtnek megvan a lehetősége arra, hogy bármilyen más sejttípussá váljon. De ezek a sejtek rendkívül szociálisak is. A környezetüktől függően – például attól, hogy milyen kémiai vagy hormonális jeleket kapnak – önszerveződnek szövetekké.

Az embriók tenyésztése két fejlesztésen alapul, mindkettő a Hanna laborból származik.

Az egyik teljesen naiv állapotba helyezi a visszafordított őssejteket – egy tabula rasába, amely eltöröl minden identitást. Gyakran úgy gondoljuk az őssejteket, mint egy egységes tömeget, de valójában a fejlődés spektrumában vannak. Minden egyes előrelépés egy adott sejttípus vagy szerv felé irányítja a sejt fejlődését. Azonban egy naiv őssejtnek megvan a lehetősége arra, hogy bármely testrészbe benőjön.

A naiv őssejtekre való teljes újraindítás megkönnyíti az őssejtek beépülését a gazdáikba – függetlenül attól, hogy az emberben van-e vagy egerek.

Egy másik előrelépés egy elektronikusan vezérelt eszköz, amely az embriókat tápanyaghullámokban fürdeti. A szívritmus-szabályozóhoz hasonlóan a pumpa azt szimulálja, hogy a tápanyagok hogyan mossanak át az embriókon az anyaméhben, miközben szabályozza az oxigénszintet és a légköri nyomást.

egy koncepciót bizonyító tanulmány, az egerekből származó sejtek egy kis része embriószerű struktúrákká alakult. A természetes társaikhoz hasonlóan fejlődtek normál terhességük nagyjából feléig. Nyolc napra már az embriók dobogó szíve, keringésükben vérsejtek, klasszikus redőivel ellátott miniagy és emésztőrendszerük volt.

„Ha megfelelő körülményeket biztosítunk egy embriónak, a genetikai kódja úgy fog működni, mint egy előre beállított dominósor, amely egymás után esik le.” mondott Hanna egy korábbi interjúban. „Az volt a célunk, hogy újrateremtsük ezeket a körülményeket, és most már valós időben nézhetjük, ahogy minden dominó eltalálja a sorban következőt.”

Szinte emberi

Az egerek nem férfiak. Hanna jól tudja, és az új dolgozószoba áthidalja a szakadékot.

Az első lépés? Alapozzon meg egy emberi őssejtet úgy, hogy visszaállítja azt naiv állapotba.

Ezzel a nyersanyaggal a csapat ezután különböző identitásokat adott a sejteknek, amelyeket vonalaknak neveztek. Ezek egy része olyan sejtekké fejlődik, amelyek végül az embriót alkotják. Mások támasztósejtekké alakulnak, mint például azok, amelyek a méhlepényt alkotják vagy a sárgájazsákot építik fel – egy kicsi, lekerekített multitasker amely támogatja a fejlődő embrió egészségét.

Más szóval, a korán fejlődő emberi embrió egy összetett ökoszisztéma. Így nem csoda, hogy a naiv őssejtek többféle szerepre való rábálása régóta elkerülte az embriókészítőket. Mégis minden egyes leszármazási ág nélkülözhetetlenné válik, miután az emberi fejlődés korai szakaszában egy jelentős lépés, a beültetés megtörténik. Amikor a megtermékenyített embrió a méhfalhoz tapad, számtalan változást vált ki, amelyek elengedhetetlenek a további fejlődéshez. Ilyenkor gyakran előfordul az embrióvesztés is.

Az új tanulmány a beültetés utáni stádiumot közelíti meg, újrahasznosítva a csapat korábbi egérembrioid protokollját, hogy önszerveződő emberi embriókat generáljon. Meglepő módon egyszerűbb volt.

Egér őssejteket kellett genetikailag módosítaniuk, hogy különböző leszármazási vonalak felé tolják őket, mondja a csapat. Az emberi sejtekkel csak úgy módosították a tápfürdőt – nincs szükség további génekre –, hogy aktiválják az őssejtekben a genetikai programokat, és mindhárom típusú hordozószövetté alakítsák őket.

Ahogy az embriók kifejlődtek, a csapat egy sor molekuláris és genetikai eszközt használt a hűségük vizsgálatára. Összességében a struktúrák a megtermékenyítés után 3-7 nappal a természetesen kifejlődött emberi embriók 14D-s architektúrájához hasonlítottak. Egyes sejtek még a humán chorion gonadotropint (hCG) is kiszivattyúzták, egy hormont, amelyet otthoni terhességi tesztekhez használnak. A sejtek váladékának a pálcikára való kenése a kétsoros pozitív eredményt adta.

Összességében elmondható, hogy az embriók a korai beültetett embrió legfontosabb fejlődési irányvonalait mutatták – mondta a csapat – anélkül, hogy megtermékenyítésre vagy anyaméhtel való interakcióra lett volna szükség.

[Beágyazott tartalmat]

Embryoid Race

Hanna csapata nem az egyetlen, amely előre tolja az embriókat.

Idén júniusban, kettő más csapatok mesterséges embriók, amelyek a beültetés után utánozzák az emberi embriókat. A receptek és az összetevők eltérnek Hannától. Egy tanulmány például számos erőteljes genetikai tényezőt épített be, amelyek arra késztették az őssejteket, hogy támogató szövetekké váljanak.

A tudósok nem értenek egyet abban, hogy mely embriók hasonlítanak legjobban természetes megfelelőjükre. Egy vonatkozásban azonban egyetértenek: az őssejtek, megfelelő körülmények között, hihetetlenül képesek önszerveződni egyre kifinomultabb embriószerű struktúrákká.

Egyelőre a 14 napos embriót a „legfejlettebb”Még.

Tizennégy nap szigorú határértéket jelent számos országban a természetes emberi embriók kutatásához, mivel azokat nem lehet tovább tenyészteni a laboratóriumban. Az embriók azonban nem felelnek meg az embrió meghatározásának, és nem vonatkoznak rájuk a 14 napos korlátozás. Más szóval, az emberi embriók tovább tenyészthetők a fejlődési idővonal mentén. A korábbi munkák azt mutatják, hogy ez technológiailag lehetséges egerekben, ahol az őssejtek félig működő szerveket fejlesztenek ki.

Ha egy kicsit kiborul, nem vagy egyedül. Az embriók egyre későbbi szakaszaiba lépnek egy fegyverkezési versenyben, amely a korai emberi fejlődés fekete dobozát nyitja meg. Egyelőre az emberi embrionális őssejtekből termesztett embrióknak tiszteletben kell tartaniuk a jelenlegi szabályozást. Az indukált őssejtekből – gyakran őssejtszerű állapotba visszaállított bőrsejteket használva – készültekre azonban nem vonatkoznak semmilyen szabályok.

Az egyértelműség kedvéért az embriók nem képesek teljesen emberré fejlődni. Azonban a nemrégiben készült tanulmány majmokon kimutatták, hogy teherbeesést válthatnak ki, ha átültetik őket az anyaméhbe – bár ebben az esetben az embrió gyorsan és természetesen megszakadt. Folyamatban vannak a viták arról, hogy szabályozzák-e ezeket a celluláris blobokat, és hogyan.

Hanna csapata egyelőre arra koncentrál, hogy felülvizsgálja receptjét a hatékonyság növelése érdekében. De hosszú távú célként azt remélik, hogy még tovább tolják az embriót, hogy lássák, ki tudnak-e fejleszteni kezdetleges szerveket. Ezek a kísérletek „betekintést nyújtanak a korai emberi fejlődés korábban elérhetetlen ablakaiba” – mondják.

Kép: Weizmann Tudományos Intézet

Időbélyeg:

Még több Singularity Hub