Znanstveniki iz Weizmannov inštitut za znanost so prvič v zgodovini vzgojili sintetične modele zarodkov miši zunaj maternice z uporabo matičnih celic, gojenih v petrijevki. To je velik preboj medicinske znanosti.
Še več, postopek celične kulture poteka tudi brez uporabe oplojenih jajčec, s čimer se izognemo potrebi po spermi.
Ta pristop bi se lahko v veliki meri izognil tehnološkim in moralnim pomislekom, povezanim z uporabo naravnih zarodkov v raziskavah in biotehnologiji, zaradi česar je izjemno pomemben. Tudi pri miših so nekateri testi trenutno nepraktični, ker bi jih bilo potrebnih na tisoče zarodkov; vendar pa je razpoložljivost modelov, razvitih iz mišjih embrionalnih celic, ki se množijo na milijone v laboratorijskih inkubatorjih, skoraj neomejena.
Prof. Jacob Hanna z Weizmannovega oddelka za molekularno genetiko je dejal, »Zarodek je najboljši stroj za izdelavo organov in najboljši 3D biotiskalnik – poskušali smo posnemati, kaj počne. Znanstveniki že vedo, kako obnoviti zrele celice v »deblo« – pionirji tega celičnega reprogramiranja so leta 2012 prejeli Nobelovo nagrado. Če gremo v nasprotno smer, povzročimo, da se matične celice diferencirajo v specializirane telesne celice, da ne omenjamo organov celotne oblike, se je izkazalo za veliko bolj problematično."
»Do zdaj je bilo v večini študij specializirane celice pogosto težko proizvesti ali pa so bile nenormalne in so se nagibale k oblikovanju mešanice namesto dobro strukturiranega tkiva, primernega za presaditev. Te ovire smo uspeli premagati z sprostitvijo potenciala samoorganizacije, kodiranega v stebelna celica«.
Marca 2021 so znanstveniki izdelali elektronsko nadzorovano napravo, ki omogoča gojenje naravnih mišjih zarodkov zunaj maternice. Znanstveniki so v novem poskusu uporabili isto napravo za gojenje izvornih celic miši več kot en teden – približno polovico časa brejosti pri miših.
Znanstveniki so izvorne celice razdelili v tri skupine, preden so jih dali v napravo. V enem so celice, ki bi sčasoma same postale embrionalni organi, ostale v trenutnem stanju. Ena od dveh vrst genov, glavnih regulatorjev posteljice ali rumenjakove vrečke, je bila čezmerno izražena v celicah drugih dveh skupin med predhodnim zdravljenjem, ki je trajalo le 48 ur.
Hanna je rekla, »Tema dvema skupinama celic smo dali prehodno spodbudo, da sta ustvarila zunajembrionalna tkiva, ki vzdržujejo razvijajoči se zarodek«.
Tri celične skupine so bile hitro združene znotraj naprave, da so tvorile agregate, od katerih večina ni bila podvržena popolnemu razvoju. Vendar pa jih je 50 od 10,000 ali približno 0.5 odstotka oblikovalo krogle, od katerih se je vsaka pozneje razvila v podolgovato strukturo, podobno zarodku. Posteljica in rumenjakove vrečke so bile vidne zunaj zarodkov, razvoj modela pa je potekal kot pri naravnem zarodku, saj so znanstveniki barvno kodirali vsak niz celic.
Ti sintetični modeli so se normalno razvijali do 8.5 dneva – skoraj polovice mišje 20-dnevne brejosti – na tej stopnji so se oblikovali vsi zgodnji predniki organov, vključno z utripajočim srcem, krvnim obtokom matičnih celic in možgani z dobro oblikovanimi gubami, nevralna cev in črevesni trakt. V primerjavi z naravnimi mišjimi zarodki so sintetični modeli pokazali 95-odstotno podobnost tako v obliki notranjih struktur kot vzorcih izražanja genov različnih vrst celic. Organi, vidni na modelih, so vse kazali, da delujejo.
Hanna je dejal, »Študija predstavlja novo prizorišče: naš naslednji izziv je razumevanje, kako matične celice vedo, kaj storiti – kako se same sestavijo v organe in najdejo pot do svojih dodeljenih mest znotraj zarodka. In ker je naš sistem, za razliko od maternice, prozoren, se lahko izkaže za uporabnega za modeliranje porodnih in implantacijskih okvar človeških zarodkov.«
»Namesto da bi razvili drugačen protokol za gojenje vsake vrste celic – na primer tistih v ledvicah ali jetrih – bomo morda nekega dne lahko ustvarili sintetični model, podoben zarodku, in nato izolirali celice, ki jih potrebujemo. Nastajajočim organom nam ne bo treba narekovati, kako se morajo razvijati. Zarodek sam to najbolje počne.”
Referenca dnevnika:
- Shadi Tarazi, Alejandro Aguilera Castrejon idr. ¬Postgastrulacijski sintetični zarodki, ustvarjeni ex utero iz mišjih naivnih ESC. Celica 01. avgust 2022. DOI: 10.1016 / j.cell.2022.07.028
