最も先進的な胚モデルは、人類の発達の最初のXNUMX週間を模倣している

最も先進的な胚モデルは、人類の発達の最初のXNUMX週間を模倣している

タイムスタンプ：12年2023月3日00:XNUMX
最も先進的な胚モデルは、人類の発達の最初の 2 週間を模倣しています PlatoBlockchain データ インテリジェンス。垂直検索。あい。

精子と卵子の出会いを忘れてください。

科学者たちはヒト幹細胞を使用して、ペトリ皿内にヒトの胚のような構造を作成しました。 これらの実験室で培養された塊は、妊孕性の重要なマイルストーンである子宮への移植後、ヒトの胚を模倣する複数の構造を発達させ、少なくとも 14 日間持続します。

XNUMX年前には、生殖細胞を使わずに胚様構造、つまり胚様体を製造することはばかげているように思えたでしょう。 しかし、科学者たちが人類の受胎に至る複雑な分子の旅程をますます詳しく計画するにつれ、初期の人類発達の「ブラックボックス」を覗くために精子と卵子を取り除くことが可能になりつつある。

まるでフランケンシュタインの実験のようだ。 しかし、この試みは不気味な科学的好奇心によるものではない。 人間の妊娠の最初の数週間については、ほとんどの場合、発育がうまくいかない傾向にあるため、ほとんどわかっていません。 生物学的サンプルについての論争なしに、これらの初期段階を模倣したモデルを研究することは、妊娠に苦労しているカップルを助け、早期流産の謎に光を当てる可能性がある。

新しい研究が発表されました 自然 胚様体のベテラン、ジェイコブ・ハンナ博士からの報告により、研究室から妊娠までのタイムラインが前倒しされました。 研究チームは、ヒト胚性幹細胞を、初期のヒト胚をモデル化する胚様体に変えた。 生物学的対応物と同様に、研究室ベースの塊は、人類の発達の初期段階を定義する組織の主要な「層」を発達させました。

「ドラマは最初のXNUMXか月で、残りのXNUMXか月は主に成長の時期です」 と ハンナ。 「しかし、最初の XNUMX か月はまだほとんどがブラックボックスです。 私たちの幹細胞由来ヒト胚モデルは、このボックスを覗き込むための倫理的でアクセスしやすい方法を提供します。」

胚様体のレシピ

XNUMX年前、同じ研究チームは、少なくともマウスにおいては、生命を誕生させるのに卵子と精子の出会いは必要ないという大ヒット研究結果を発表した。 研究チームは、マウス幹細胞を使用して、細胞をペトリ皿内の胚のような構造に押し込むことができる化学スープを発見した。

「胚は最高の臓器製造機械であり、最高の 3D バイオプリンターです。私たちはその働きをエミュレートしようとしました。」 と その時のハンナさん。

この考えは比較的単純に思えます。すべての胚細胞は他の種類の細胞になる可能性を持っています。 しかし、これらの細胞は非常に社会的でもあります。 環境に応じて（たとえば、どの化学信号やホルモン信号を受け取るかなど）、それらは自己組織化して組織を形成します。

胚様体の培養はハンナ研究室による XNUMX つの進歩に依存しています。

XNUMXつは、元に戻った幹細胞を完全にナイーブな状態、つまりアイデンティティを一掃するタブラ・ラサに置きます。 私たちは幹細胞を均一な集団だと考えがちですが、実際にはさまざまな発達をしています。 前進するたびに、特定の細胞型または器官に向けて細胞の発達が導かれます。 しかし、ナイーブ幹細胞は体のあらゆる部分に成長する可能性を持っています。

ナイーブ幹細胞に完全に再起動すると、ヒトにあるかどうかに関係なく、幹細胞を宿主に組み込むことが容易になります。 またはマウス.

もう一つの進歩は、胚様体に栄養の波を浴びせる電子制御装置です。 ペースメーカーと同様に、このポンプは、酸素レベルと気圧を制御しながら、子宮内の胎児に栄養素がどのように洗い流されるかをシミュレートします。

で 概念実証研究、マウスの細胞のごく一部が胚のような構造を形成しました。 彼らは、通常の妊娠の約半分までは、自然の相手と同様に発達しました。 XNUMX日までに、胚様体は鼓動する心臓、循環する血球、典型的なひだを持つミニ脳、そして消化管を備えた。

「胚に適切な条件を与えれば、その遺伝コードはあらかじめ設定されたドミノ倒しのように機能し、次々と倒れるように配置されます。」 と 以前のインタビューでのハンナさん。 「私たちの目的は、そのような状況を再現することでした。今では、各ドミノが並んでいる次のドミノにぶつかる様子をリアルタイムで見ることができます。」

ほぼ人間

ネズミは人間ではありません。 ハンナはそれをよく認識しており、新しい研究は溝を埋めるものです。

最初のステップ? ヒト幹細胞をナイーブ状態に戻すことでプライミングします。

この原料を手に入れたので、チームは次に系統と呼ばれる異なるアイデンティティを細胞に与えました。 これらのいくつかは、最終的に胚を構成する細胞に成長します。 その他の細胞は、胎盤を構成したり、卵黄嚢を構築したりする小さな丸い細胞など、支持細胞に変わります。 マルチタスカー 発育中の胚の健康をサポートします。

言い換えれば、初期発生中のヒト胚は複雑な生態系であるということです。 したがって、胚様体メーカーがナイーブ幹細胞を複数の役割に誘導することが長い間困難であったことも不思議ではありません。 しかし、人類の初期の発達における主要なステップである移植が行われた後は、どの系統も不可欠なものになります。 受精した胚が子宮壁に付着すると、さらなる発育に不可欠な無数の変化が引き起こされます。 胚の喪失が頻繁に起こる時期でもあります。

新しい研究は、移植後の段階に焦点を当てており、チームの以前のマウス胚様体プロトコルを再利用して、自己組織化ヒト胚様体を生成します。 驚いたことに、それはもっと簡単でした。

研究チームによると、マウス幹細胞を遺伝子操作して異なる系統に誘導する必要があったという。 人間の細胞では、栄養槽を微調整するだけで、追加の遺伝子は必要なく、幹細胞の遺伝プログラムを活性化し、幹細胞を XNUMX 種類すべての支持組織に変えます。

胚様体が成熟するにつれて、チームは一連の分子および遺伝的ツールを使用して、その忠実性を検査しました。 全体として、その構造は、受精後 3 ～ 7 日で自然に発達したヒト胚の 14D 構造に似ていました。 一部の細胞は、家庭用妊娠検査に使用されるホルモンであるヒト絨毛性ゴナドトロピン（hCG）を排出することさえあった。 細胞の分泌物をスティックに軽くたたくと、二重線の陽性結果が得られました。

全体として、この胚様体は、受精や母親の子宮との相互作用を必要とせずに、初期に移植された胚の重要な発達上のランドマークを示したと研究チームは述べた。

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胚様体レース

胚様体の研究を進めているのはハンナのチームだけではありません。

今年のXNUMX月、 2 他のチーム 移植後にヒト胚を模倣するように操作された胚様体。 レシピも材料もハンナのものとは異なります。 たとえば、ある研究では、幹細胞を支持組織に押し上げる強力な遺伝因子を多数挿入しました。

どの胚様体が自然の胚様体に最もよく似ているかについて、科学者たちは完全に同意していません。 しかし、ある面では彼らは同意している。それは、幹細胞は、適切な条件下では、ますます洗練された胚のような構造に自己組織化する驚くべき能力を持っているということである。

今のところ、14日胚様体は「最先端" まだ。

多くの国では 14 日が、研究室でそれ以上培養できないという点で、自然ヒト胚の研究にとって厳しい期限となっています。 ただし、胚様体は胚の定義を満たしておらず、XNUMX 日の制限を受けません。 言い換えれば、ヒト胚様体は発生タイムラインに沿ってさらに培養できる可能性があります。 これまでの研究では、幹細胞が半機能的な器官を発達させることがマウスで技術的に可能であることが示されている。

少し気味が悪いと感じているのは、あなただけではありません。 胚様体は、初期の人類発達のブラックボックスを開くための軍備競争の末期段階にまで成長しています。 今のところ、ヒト胚性幹細胞から増殖させた胚様体は現行の規制を遵守する必要がある。 ただし、誘導幹細胞から作られたもの（幹細胞のような状態に戻した皮膚細胞を使用することが多い）には、いかなる規則も適用されません。

明確にしておきますが、胚様体には人間に完全に発達する能力はありません。 ただし、 最近の研究 サルの研究では、それらを子宮に移植すると妊娠を誘発できることが示されたが、その場合、胚様体は急速かつ自然に消滅した。 これらの細胞塊を制御するかどうか、またどのように制御するかについての議論は進行中です。

今のところ、ハンナのチームは効率を高めるためにレシピを改訂することに重点を置いています。 しかし、長期的な目標として、彼らは胚様体をさらに前進させて、初歩的な器官を発達させることができるかどうかを確認したいと考えています。 これらの実験は「これまでアクセスできなかった初期の人類発達の窓への洞察を提供するだろう」と彼らは言う。

画像のクレジット： Weizmann Institute of Science

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