Forskere fra Weizmann Institutt for naturvitenskap har – for første gang noensinne – dyrket syntetiske embryomodeller av mus utenfor livmoren ved bruk av stamceller dyrket i en petriskål. Dette er et stort medisinsk vitenskapelig gjennombrudd.
Dessuten gjøres cellekulturprosessen også uten bruk av befruktede egg, og omgår dermed behovet for sædceller.
Denne tilnærmingen kan i betydelig grad unngå de teknologiske og moralske bekymringene knyttet til bruk av naturlige embryoer i forskning og bioteknologi, noe som gjør det utrolig viktig. Selv med mus er noen tester for tiden upraktiske fordi de vil kreve tusenvis av embryoer; Tilgjengeligheten av modeller utviklet fra museembryonale celler, som multipliserer med millioner i laboratorieinkubatorer, er imidlertid nesten ubegrenset.
Prof. Jacob Hanna ved Weizmanns avdeling for molekylær genetikk sa: «Embryoet er den beste organfremstillingsmaskinen og den beste 3D-bioprinteren – vi prøvde å etterligne det det gjør. Forskere vet allerede hvordan de skal gjenopprette modne celler til «stamme» – pionerer innen denne cellulære omprogrammeringen hadde vunnet en Nobelpris i 2012. Men går i motsatt retning, noe som får stamceller til å differensiere til spesialiserte kroppsceller, for ikke å nevne hele formorganer, har vist seg mye mer problematisk."
"Inntil nå, i de fleste studier, var de spesialiserte cellene ofte enten vanskelige å produsere eller avvikende, og de hadde en tendens til å danne en mishmash i stedet for godt strukturert vev egnet for transplantasjon. Vi klarte å overvinne disse hindringene ved å slippe løs selvorganiseringspotensialet som er kodet i stamceller».
I mars 2021 kom forskerne med den elektronisk kontrollerte enheten som tillater dyrking av naturlige museembryoer utenfor livmoren. Forskere brukte den samme enheten i det nye eksperimentet for å dyrke musestamceller i over en uke - omtrent halvparten av svangerskapstiden for en mus.
Forskerne delte stamcellene inn i tre grupper før de ble plassert i enheten. I den ene ble cellene som til slutt skulle bli embryonale organer selv forlatt i sin nåværende tilstand. En av to typer gener, masterregulatorer av enten morkaken eller plommesekken, ble overuttrykt i cellene i de to andre gruppene under en forbehandling som bare varte i 48 timer.
Hanna sa, "Vi ga disse to cellegruppene et forbigående trykk for å gi opphav til ekstraembryonale vev som opprettholder utvikle embryo».
De tre cellegruppene ble raskt kombinert inne i enheten for å danne aggregater, hvorav de fleste ikke klarte å gjennomgå full utvikling. Imidlertid fortsatte 50 av 10,000 0.5, eller omtrent XNUMX prosent, å danne kuler, som hver senere utviklet seg til en langstrakt, embryolignende struktur. Morkaken og plommesekkene var synlige utenfor embryoene, og modellens utvikling fortsatte som i et naturlig embryo siden forskerne hadde fargekodet hvert sett med celler.
Disse syntetiske modellene utviklet seg normalt frem til dag 8.5 – nesten halvparten av musens 20-dagers svangerskap – på hvilket stadium alle de tidlige organforfedrene hadde dannet seg, inkludert et bankende hjerte, blodstamcellesirkulasjon og en hjerne med velformede folder, en nevrale røret og en tarmkanal. Sammenlignet med naturlige museembryoer, viste de syntetiske modellene en 95 prosent likhet i både formen på interne strukturer og genuttrykksmønstrene til forskjellige celletyper. Organene som ble sett i modellene ga alle indikasjoner på å være funksjonelle.
Hanna sa, "Studien presenterer en ny arena: Vår neste utfordring er å forstå hvordan stamceller vet hva de skal gjøre - hvordan de selv samles til organer og finner veien til sine tildelte steder inne i et embryo. Og fordi systemet vårt, i motsetning til en livmor, er gjennomsiktig, kan det vise seg nyttig for å modellere fødsels- og implantasjonsdefekter av menneskelige embryoer.»
"I stedet for å utvikle en annen protokoll for dyrking av hver celletype - for eksempel de i nyrene eller leveren - kan vi en dag være i stand til å lage en syntetisk embryo-lignende modell og deretter isolere cellene vi trenger. Vi trenger ikke å diktere de fremvoksende organene hvordan de må utvikle seg. Embryoet selv gjør dette best.»
Tidsreferanse:
- Shadi Tarazi, Alejandro Aguilera Castrejon, et al. ¬Syntetiske embryoer etter gastrulasjon generert Ex Utero fra mus-naive ESC-er. Cell 01. august 2022. DOI: 10.1016 / j.cell.2022.07.028
