Naukowcy z Instytut Nauki Weizmann po raz pierwszy w historii wyhodowano syntetyczne modele zarodków myszy poza macicą przy użyciu komórek macierzystych hodowanych na szalce Petriego. To wielki przełom w medycynie.
Co więcej, proces hodowli komórek odbywa się również bez użycia zapłodnionych komórek jajowych, omijając w ten sposób potrzebę nasienia.
Takie podejście mogłoby w znacznym stopniu uniknąć technologicznych i moralnych obaw związanych z wykorzystaniem naturalnych embrionów w badaniach i biotechnologii, co czyni je niezwykle ważnymi. Nawet w przypadku myszy niektóre testy są obecnie niepraktyczne, ponieważ wymagałyby tysięcy zarodki; jednak dostępność modeli opracowanych z mysich komórek embrionalnych, które mnożą się miliony w inkubatorach laboratoryjnych, jest prawie nieograniczona.
Prof. Jacob Hanna z Wydziału Genetyki Molekularnej Weizmanna powiedział: „Zarodek to najlepsza maszyna do wytwarzania narządów i najlepsza biodrukarka 3D – staraliśmy się naśladować to, co robi. Naukowcy już wiedzą, jak przywrócić dojrzałe komórki do „płomienia” – pionierzy tego komórkowego przeprogramowania zdobyli w 2012 roku Nagrodę Nobla. Ale idąc w odwrotnym kierunku, powodując różnicowanie się komórek macierzystych w wyspecjalizowane komórki organizmu, nie wspominając o całych formach narządów, okazał się znacznie bardziej problematyczny.”
„Do tej pory w większości badań wyspecjalizowane komórki były często albo trudne do wyprodukowania, albo nienormalne i miały tendencję do tworzenia miszmaszu zamiast dobrze zbudowanej tkanki nadającej się do przeszczepu. Udało nam się pokonać te przeszkody, uwalniając potencjał samoorganizacji zakodowany w komórki macierzyste".
W marcu 2021 roku naukowcy opracowali elektronicznie sterowane urządzenie, które umożliwia hodowlę naturalnych embrionów myszy poza macicą. Naukowcy wykorzystali to samo urządzenie w nowym eksperymencie do hodowli mysich komórek macierzystych przez ponad tydzień – około połowy czasu ciąży myszy.
Naukowcy podzielili komórki macierzyste na trzy grupy przed umieszczeniem ich w urządzeniu. W jednym komórki, które ostatecznie same stały się organami embrionalnymi, zostały pozostawione w obecnym stanie. Jeden z dwóch typów genów, główne regulatory łożyska lub woreczka żółtkowego, wykazywał nadekspresję w komórkach w pozostałych dwóch grupach podczas wstępnego traktowania, które trwało tylko 48 godzin.
Hanna powiedziała, „Daliśmy tym dwóm grupom komórek przejściowy impuls do powstania tkanek pozazarodkowych, które podtrzymują rozwijający się zarodek".
Trzy grupy komórek szybko połączono wewnątrz urządzenia, tworząc agregaty, z których większość nie przeszła pełnego rozwoju. Jednak 50 na 10,000 0.5, czyli około XNUMX procent, utworzyło sfery, z których każda później rozwinęła się w wydłużoną, podobną do embrionu strukturę. Łożysko i woreczki żółtkowe były widoczne na zewnątrz zarodków, a rozwój modelu przebiegał jak w naturalnym zarodku, ponieważ naukowcy oznaczyli kolorami każdy zestaw komórek.
Te syntetyczne modele rozwijały się normalnie do 8.5. dnia – prawie połowy 20-dniowej ciąży myszy – na którym to etapie uformowały się wszystkie wczesne organy progenitorowe, w tym bijące serce, krążenie komórek macierzystych krwi i mózg z dobrze ukształtowanymi fałdami. cewy nerwowej i przewodu pokarmowego. W porównaniu z naturalnymi zarodkami myszy modele syntetyczne wykazywały 95-procentowe podobieństwo zarówno pod względem kształtu struktur wewnętrznych, jak i wzorców ekspresji genów różnych typów komórek. Narządy widoczne na modelach dawały wszelkie oznaki funkcjonowania.
Hanna powiedziany, „Badanie przedstawia nową arenę: naszym kolejnym wyzwaniem jest zrozumienie, w jaki sposób komórki macierzyste wiedzą, co robić – w jaki sposób łączą się w narządy i znajdują drogę do wyznaczonych im miejsc w zarodku. A ponieważ nasz system, w przeciwieństwie do macicy, jest przezroczysty, może okazać się przydatny do modelowania wad wrodzonych i implantacyjnych ludzkich embrionów”.
„Zamiast opracowywać inny protokół hodowli każdego typu komórek – na przykład nerki lub wątroby – być może pewnego dnia będziemy w stanie stworzyć syntetyczny model podobny do embrionu, a następnie wyizolować potrzebne nam komórki. Nie będziemy musieli dyktować powstającym organom, jak mają się rozwijać. Sam embrion robi to najlepiej”.
Referencje czasopisma:
- Shadi Tarazi, Alejandro Aguilera Castrejon i in. ¬Syntetyczne zarodki po gastrulacji wytworzone Ex Utero z komórek ESC naiwnych myszy. Komórka 01 sierpnia 2022 r. DOI: 10.1016 / j.cell.2022.07.028
