Cele mai avansate modele de embrioni care încă imită primele două săptămâni de dezvoltare umană

Cele mai avansate modele de embrioni care încă imită primele două săptămâni de dezvoltare umană

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

Uită de sperma întâlnește ovulul.

Folosind celule stem umane, oamenii de știință au creat structuri asemănătoare embrionilor umani în interiorul cutiilor Petri. Aceste blob-uri crescute în laborator dezvoltă mai multe structuri care imită un embrion uman după implantarea în uter - o piatră de hotar majoră pentru fertilitate - și durează cel puțin 14 zile.

Acum un deceniu, fabricarea de structuri asemănătoare embrionilor, sau embrioizi, fără celule de reproducere ar fi părut ridicol. Dar, pe măsură ce oamenii de știință elaborează din ce în ce mai mult călătoria moleculară complicată către concepția umană, devine posibil să se elimine spermatozoizii și ovulele pentru a arunca o privire în „cutia neagră” a dezvoltării umane timpurii.

Încă sună ca un experiment Frankenstein. Dar efortul nu este o curiozitate științifică macabră. Se cunosc foarte puține lucruri despre primele săptămâni de sarcină umană, când dezvoltarea tinde cel mai adesea să meargă prost. Studierea modelelor care imită aceste etape incipiente – fără controversa probelor biologice – ar putea ajuta cuplurile care se luptă să conceapă și să facă lumină asupra misterelor sarcinilor timpurii pierdute.

Un nou studiu publicat în Natură de la veteranul embrionar, Dr. Jacob Hanna, împinge acum cronologia gestației în laborator. Echipa a transformat celulele stem embrionare umane în embrioni care modelează embrionii umani timpurii. La fel ca și omologii lor biologici, bloburile din laborator au dezvoltat „straturi” majore de țesuturi care definesc etapele incipiente ale dezvoltării umane.

„Drama este în prima lună, restul de opt luni de sarcină sunt în principal în creștere”, a spus Hanna. „Dar prima lună este încă în mare parte o cutie neagră. Modelul nostru de embrioni umani derivate din celule stem oferă o modalitate etică și accesibilă de a observa această cutie.”

Reteta pentru un embrion

În urmă cu doi ani, aceeași echipă a lansat un rezultat de succes: ovulul întâlnește spermatozoizii nu este necesar pentru a declanșa viața, cel puțin la șoareci. Folosind celule stem de șoarece, echipa a descoperit o supă chimică care ar putea împinge celulele în structuri asemănătoare embrionilor în interiorul unei plăci Petri.

„Embrionul este cea mai bună mașină de producere a organelor și cea mai bună imprimantă 3D – am încercat să emulăm ceea ce face.” a spus Hanna la acea vreme.

Ideea pare relativ simplă: toate celulele embrionare au potențialul de a deveni orice alt tip de celule. Dar aceste celule sunt, de asemenea, extrem de sociale. În funcție de mediul lor - de exemplu, ce semnale chimice sau hormonale primesc - se autoorganizează în țesuturi.

Cultivarea embrionilor se bazează pe două progrese, ambele din laboratorul Hanna.

Unul plasează celulele stem inversate într-o stare complet naivă - o tabula rasa care șterge orice identitate. Ne gândim adesea la celulele stem ca la o mulțime uniformă, dar ele se află de fapt într-un spectru de dezvoltare. Fiecare pas înainte ghidează dezvoltarea celulei către un anumit tip de celulă sau organ. Cu toate acestea, o celulă stem naivă are potențialul de a crește în orice parte a corpului.

Repornirea completă la celulele stem naive facilitează integrarea celulelor stem în gazdele lor, indiferent dacă este vorba despre oameni sau șoareci.

Un alt progres este un dispozitiv controlat electronic care scaldă embrionii în valuri de nutrienți. La fel ca un stimulator cardiac, pompa simulează modul în care nutrienții se spală peste embrionii din uter, controlând în același timp nivelul de oxigen și presiunea atmosferică.

Într-o studiu dovadă a conceptului, o mică parte a celulelor de la șoareci s-a format în structuri asemănătoare embrionilor. S-au dezvoltat în mod similar cu omologii lor naturali până la aproximativ jumătate din gestația lor normală. Până la opt zile, embrioizii aveau o inimă care bătea, celule sanguine în circulație, un mini-creier cu pliurile sale clasice și un tract digestiv.

„Dacă oferiți unui embrion condițiile potrivite, codul său genetic va funcționa ca o linie prestabilită de domino, aranjate să cadă una după alta.” a spus Hanna într-un interviu anterior. „Scopul nostru a fost să recreăm acele condiții, iar acum putem urmări, în timp real, cum fiecare domino îl lovește pe următorul din rând.”

Aproape uman

Șoarecii nu sunt bărbați. Hanna este bine conștientă, iar noul studiu trece peste prăpastie.

Primul pas? Primește o celulă stem umană prin revenirea acesteia într-o stare naivă.

Cu această materie primă în mână, echipa a dat celulelor identități diferite, numite linii. Unele dintre acestea se dezvoltă în celule care în cele din urmă alcătuiesc embrionul. Altele se transformă în celule de susținere, cum ar fi cele care alcătuiesc placenta sau construiesc sacul vitelin – un mic, rotunjit. multitasker care susține sănătatea embrionului în curs de dezvoltare.

Cu alte cuvinte, embrionul uman în dezvoltare timpurie este un ecosistem complex. Așadar, nu este de mirare că atragerea celulelor stem naive în mai multe roluri a scăpat de mult timp producătorii de embrioni. Cu toate acestea, fiecare descendență devine indispensabilă după ce are loc un pas major în dezvoltarea umană timpurie, implantarea. Când un embrion fertilizat se atașează de peretele uterin, declanșează o multitudine de schimbări esențiale pentru dezvoltarea ulterioară. Este, de asemenea, atunci când apare adesea pierderea embrionilor.

Noul studiu mărește stadiul post-implantare, reutilizand protocolul anterior al echipei de embrioizi de șoarece pentru a genera embrioni umani care se organizează singur. În mod surprinzător, a fost mai simplu.

Ei au trebuit să modifice genetic celulele stem de șoarece pentru a le împinge către diferite descendențe, spune echipa. Cu celulele umane, ei doar au modificat baia de nutrienți - nu sunt necesare gene suplimentare - pentru a activa programe genetice în celulele stem, transformându-le în toate cele trei tipuri de țesuturi de susținere.

Pe măsură ce embrionii s-au maturizat, echipa a folosit o serie de instrumente moleculare și genetice pentru a le examina fidelitatea. În general, structurile semănau cu arhitectura 3D a embrionilor umani dezvoltați în mod natural între 7 și 14 zile după fertilizare. Unele celule au pompat chiar și gonadotropină corionică umană (hCG), un hormon folosit pentru testele de sarcină la domiciliu. Tamponarea secrețiilor celulelor pe stick a dat rezultatul pozitiv cu două linii.

În general, embrionii au arătat repere cheie de dezvoltare ale unui embrion implantat timpuriu, a spus echipa, fără a fi nevoie de fertilizare sau de interacțiuni cu uterul mamei.

[Conținutul încorporat]

Cursa embrionară

Echipa Hannei nu este singura care împinge embrionii înainte.

În iunie anul acesta, Două alte echipe embrioni proiectați care imită embrionii umani după implantare. Rețetele și ingredientele sunt diferite de cele ale Hannei. Un studiu, de exemplu, a introdus o serie de factori genetici puternici care au împins celulele stem să devină țesuturi de susținere.

Oamenii de știință nu prea sunt de acord cu privire la care embrioizi seamănă cel mai bine cu omologul lor natural. Cu toate acestea, ei sunt de acord asupra unui aspect: celulele stem, în condițiile potrivite, au o capacitate incredibilă de a se autoorganiza în structuri asemănătoare embrionilor din ce în ce mai sofisticate.

Deocamdată, embrioidul de 14 zile este prezentat drept „cel mai avansat" inca.

Paisprezece zile este o limită strictă pentru cercetarea asupra embrionilor umani naturali în multe țări, deoarece aceștia nu pot fi cultivați în continuare în laborator. Cu toate acestea, embrionii nu îndeplinesc definiția unui embrion și nu sunt supuși limitării de 14 zile. Cu alte cuvinte, embrionii umani ar putea fi cultivați mai departe de-a lungul cronologiei de dezvoltare. Lucrările anterioare arată că este posibil din punct de vedere tehnologic la șoareci, celulele stem dezvoltând organe semi-funcționale.

Dacă devii puțin înspăimântat, nu ești singur. Embrioizii cresc în stadii tot mai ulterioare într-o cursă a înarmărilor pentru a deschide cutia neagră a dezvoltării umane timpurii. Deocamdată, embrionii crescuți din celule stem embrionare umane trebuie să respecte reglementările actuale. Cu toate acestea, cele fabricate din celule stem induse - folosind adesea celule ale pielii revenite într-o stare asemănătoare celulelor stem - nu sunt supuse niciunei reguli.

Pentru a fi clar, embrionii nu au capacitatea de a se dezvolta pe deplin în ființe umane. Cu toate acestea, a studiu recent la maimuțe au arătat că pot induce sarcina atunci când sunt transplantate într-un pântec - deși în acest caz, embrioidul a fost întrerupt rapid și natural. Dezbaterile privind dacă și cum să reglementăm aceste blobs celulare sunt în desfășurare.

Deocamdată, echipa Hannei este concentrată pe revizuirea rețetei pentru a crește eficiența. Dar, ca obiectiv pe termen lung, ei speră să împingă și mai mult embrioidul pentru a vedea dacă pot dezvolta organe rudimentare. Aceste experimente „vor oferi perspective asupra ferestrelor inaccesibile anterior ale dezvoltării umane timpurii”, spun ei.

Credit imagine: Institutul de Știință Weizmann

Timestamp-ul:

Mai mult de la Singularity Hub