Najnaprednejši modeli zarodkov, ki še posnemajo prva dva tedna človeškega razvoja

Najnaprednejši modeli zarodkov, ki še posnemajo prva dva tedna človeškega razvoja

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

Pozabite, da se sperma sreča z jajčecem.

Z uporabo človeških matičnih celic so znanstveniki znotraj petrijevk ustvarili strukture, podobne človeškim zarodkom. Ti v laboratoriju vzgojeni madeži razvijejo več struktur, ki posnemajo človeški zarodek po implantaciji v maternico – pomemben mejnik za plodnost – in trajajo vsaj 14 dni.

Pred desetletjem bi se izdelava zarodkov podobnih struktur ali embrioidov brez reproduktivnih celic zdela smešna. Ker pa znanstveniki vedno bolj načrtujejo zapleteno molekularno potovanje do človekovega spočetja, postaja mogoče odpraviti spermo in jajčece, da bi lahko pokukali v »črno skrinjico« zgodnjega človeškega razvoja.

Še vedno zveni kot Frankensteinov eksperiment. Toda prizadevanje ni grozljiva znanstvena radovednost. Zelo malo je znanega o prvih nekaj tednih nosečnosti pri ljudeh, ko gre razvoj največkrat po zlu. Preučevanje modelov, ki posnemajo te zgodnje faze – brez kontroverznosti bioloških vzorcev – bi lahko pomagalo parom, ki se trudijo zanositi, in osvetlilo skrivnosti izgubljene zgodnje nosečnosti.

Nova študija, objavljena v Narava od embrioidnega veterana dr. Jacoba Hanna zdaj potiska časovnico laboratorijske nosečnosti naprej. Ekipa je izvorne celice človeških zarodkov spremenila v embrioide, ki modelirajo zgodnje človeške zarodke. Tako kot njihovi biološki dvojniki so tudi laboratorijski blobovi razvili velike »plasti« tkiv, ki opredeljujejo zgodnje stopnje človeškega razvoja.

"Drama je v prvem mesecu, preostalih osem mesecev nosečnosti je predvsem veliko rasti," je dejal Hanna. »Toda ta prvi mesec je še vedno v veliki meri črna skrinjica. Naš model človeškega zarodka, pridobljen iz izvornih celic, ponuja etičen in dostopen način pokukanja v to škatlo.«

Recept za embrioid

Pred dvema letoma je ista ekipa objavila uspešnico: jajčece se sreča s spermo, vsaj pri miših, ni nujno, da se zažene življenje. Z uporabo mišjih izvornih celic je ekipa odkrila kemično juho, ki bi lahko potisnila celice v strukture, podobne zarodkom, znotraj petrijevke.

"Zarodek je najboljši stroj za izdelavo organov in najboljši 3D biotiskalnik – poskušali smo posnemati, kaj počne," je dejal Hanna takrat.

Ideja se zdi relativno preprosta: vse embrionalne celice imajo potencial, da postanejo katera koli druga vrsta celic. Toda te celice so tudi zelo socialne. Glede na okolje – na primer, katere kemične ali hormonske signale prejmejo – se samoorganizirajo v tkiva.

Gojenje embrioidov se opira na dva napredka, oba iz laboratorija Hanna.

Eden postavlja vrnjene izvorne celice v popolnoma naivno stanje - tabula rasa, ki izbriše vsako identiteto. O izvornih celicah pogosto razmišljamo kot o enotni množici, vendar so dejansko v spektru razvoja. Vsak korak naprej usmerja razvoj celice proti določeni vrsti celice ali organu. Vendar pa ima naivna izvorna celica potencial, da zraste v kateri koli del telesa.

Popoln ponovni zagon na naivne matične celice olajša integracijo izvornih celic v njihove gostitelje – ne glede na to, ali gre za ljudi ali miši.

Še en napredek je elektronsko nadzorovana naprava, ki kopa zarodke v valovih hranil. Tako kot srčni spodbujevalnik črpalka simulira, kako hranila preplavljajo zarodke v maternici, pri tem pa nadzoruje raven kisika in atmosferski tlak.

V študija dokaza koncepta, majhen del celic iz miši se je oblikoval v strukture, podobne zarodkom. Razvijali so se podobno kot njihovi naravni dvojniki do približno polovice normalne brejosti. Do osmih dni so imeli zarodki utripajoče srce, krvne celice v obtoku, mini možgane s klasičnimi gubami in prebavni trakt.

"Če zarodku zagotovite prave pogoje, bo njegova genetska koda delovala kot vnaprej nastavljena linija domin, ki bodo padale ena za drugo," je dejal Hanna v prejšnjem intervjuju. "Naš cilj je bil poustvariti te pogoje in zdaj lahko v realnem času opazujemo, kako vsaka domina zadene naslednjo v vrsti."

Skoraj človeško

Miši niso moški. Hanna se dobro zaveda in nova študija premosti prepad.

Prvi korak? Pripravite človeško izvorno celico tako, da jo vrnete v naivno stanje.

S to surovino v roki je ekipa nato dala celicam različne identitete, imenovane linije. Nekatere od teh se razvijejo v celice, ki na koncu tvorijo zarodek. Druge se spremenijo v podporne celice, kot so tiste, ki sestavljajo posteljico ali gradijo rumenjakovo vrečko – majhno, zaobljeno večopravilni ki podpira zdravje razvijajočega se zarodka.

Z drugimi besedami, zgodnji razvoj človeškega zarodka je kompleksen ekosistem. Zato ni čudno, da se je izdelovalcem embrioidov dolgo izmikalo spreminjanje naivnih matičnih celic v več vlog. Vendar postane vsaka posamezna linija nepogrešljiva, potem ko pride do velikega koraka v zgodnjem človekovem razvoju, implantacije. Ko se oplojeni zarodek pritrdi na steno maternice, sproži nešteto sprememb, ki so bistvene za nadaljnji razvoj. Takrat pogosto pride tudi do izgube zarodka.

Nova študija se osredotoča na postimplantacijsko fazo in spreminja namen prejšnjega protokola ekipe za mišje zarodke za ustvarjanje samoorganizirajočih se človeških zarodkov. Presenetljivo je bilo preprostejše.

Ekipa pravi, da so morali z genskim inženiringom oblikovati izvorne celice miši, da bi jih potisnili k različnim linijam. S človeškimi celicami so samo prilagodili hranilno kopel – dodatni geni niso potrebni – da aktivirajo genetske programe v matičnih celicah in jih spremenijo v vse tri vrste podpornih tkiv.

Ko so zarodki dozoreli, je ekipa uporabila vrsto molekularnih in genetskih orodij, da bi preverila njihovo zvestobo. Na splošno so strukture spominjale na 3D arhitekturo naravno razvitih človeških zarodkov med 7 in 14 dnevi po oploditvi. Nekatere celice so celo črpale humani horionski gonadotropin (hCG), hormon, ki se uporablja za domače teste nosečnosti. Potiskanje celičnih izločkov na paličico je dalo pozitiven rezultat z dvojno črto.

Na splošno so embrioidi pokazali ključne razvojne mejnike zgodnjega implantiranega zarodka, je dejala ekipa, brez potrebe po oploditvi ali interakciji z materino maternico.

[Vgrajeni vsebina]

Embrioidna dirka

Hannina ekipa ni edina, ki potiska embrioide naprej.

Junija letos je dva druge ekipe izdelani embrioidi, ki po implantaciji posnemajo človeške zarodke. Recepti in sestavine so drugačni od Hanninih. Ena študija je na primer vključila množico močnih genetskih dejavnikov, ki so izvorne celice potisnili v podporna tkiva.

Znanstveniki se ne strinjajo povsem, kateri embrioidi so najbolj podobni svojemu naravnemu dvojniku. Vendar se glede enega vidika strinjajo: matične celice imajo pod pravimi pogoji neverjetno sposobnost samoorganiziranja v vse bolj prefinjene strukture, podobne zarodkom.

Za zdaj se 14-dnevni zarodek oglašuje kot "najbolj napredne« še.

Štirinajst dni je stroga meja za raziskave naravnih človeških zarodkov v mnogih državah, saj jih ni mogoče nadalje gojiti v laboratoriju. Vendar pa embrioidi ne ustrezajo definiciji zarodka in zanje ne velja 14-dnevna omejitev. Z drugimi besedami, človeške zarodke bi lahko gojili naprej vzdolž razvojne časovnice. Prejšnja dela kažejo, da je to tehnološko mogoče pri miših, pri čemer matične celice razvijajo polfunkcionalne organe.

Če vas je malo strah - niste sami. Embrioidi rastejo v vse kasnejše stopnje v oboroževalni tekmi, da bi odprli črno skrinjico zgodnjega človekovega razvoja. Zaenkrat morajo embrioidi, vzgojeni iz izvornih celic človeških zarodkov, upoštevati veljavne predpise. Vendar pa tisti, ki so narejeni iz induciranih izvornih celic – pogosto uporabljajo kožne celice, ki se vrnejo v stanje, podobno izvornim celicam – ne veljajo za nobena pravila.

Če smo jasni, embrioidi nimajo zmožnosti, da bi se v celoti razvili v človeška bitja. Vendar pa je a Nedavna študija pri opicah je pokazalo, da lahko sprožijo nosečnost, če jih presadijo v maternico – čeprav je bil v tem primeru zarodek hitro in naravno prekinjen. Razprave o tem, ali in kako regulirati te celične madeže, potekajo.

Trenutno je Hannina ekipa osredotočena na revizijo svojega recepta za povečanje učinkovitosti. Toda kot dolgoročni cilj upajo, da bodo embrioide potisnili še dlje, da bi videli, ali lahko razvijejo rudimentarne organe. Ti poskusi "bodo ponudili vpogled v prej nedostopna okna zgodnjega človeškega razvoja," pravijo.

Kreditno slike: Weizmannov inštitut za znanost

Časovni žig:

Več od Središče singularnosti