แบบจำลองเอ็มบริโอที่ทันสมัยที่สุดแต่เลียนแบบช่วงสองสัปดาห์แรกของการพัฒนามนุษย์

แบบจำลองเอ็มบริโอที่ทันสมัยที่สุดแต่เลียนแบบช่วงสองสัปดาห์แรกของการพัฒนามนุษย์

Time Stamp: 12 กันยายน 2023 3:00 น.
The Most Advanced Embryo Models Yet Mimic the First Two Weeks of Human Development PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

ลืมไปว่าสเปิร์มพบกับไข่

นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างโครงสร้างคล้ายเอ็มบริโอของมนุษย์ภายในจานเพาะเชื้อโดยใช้สเต็มเซลล์ของมนุษย์ หยดที่ปลูกในห้องปฏิบัติการเหล่านี้พัฒนาโครงสร้างหลายอย่างที่เลียนแบบเอ็มบริโอของมนุษย์หลังจากการฝังเข้าไปในมดลูก ซึ่งเป็นเหตุการณ์สำคัญสำหรับการเจริญพันธุ์ และคงอยู่อย่างน้อย 14 วัน

หนึ่งทศวรรษที่แล้ว การสร้างโครงสร้างคล้ายเอ็มบริโอหรือเอ็มบริออยด์โดยไม่มีเซลล์สืบพันธุ์คงดูน่าหัวเราะ แต่เมื่อนักวิทยาศาสตร์วางแผนการเดินทางของโมเลกุลที่ซับซ้อนไปสู่ความคิดของมนุษย์มากขึ้นเรื่อยๆ ก็มีความเป็นไปได้ที่จะกำจัดอสุจิและไข่ออกไปเพื่อที่จะมองเข้าไปใน “กล่องดำ” ของการพัฒนามนุษย์ในยุคแรกๆ

ยังคงดูเหมือนเป็นการทดลองของแฟรงเกนสไตน์ แต่ความพยายามไม่ใช่ความอยากรู้อยากเห็นทางวิทยาศาสตร์ที่น่าขยะแขยง ไม่ค่อยมีใครทราบเกี่ยวกับช่วง XNUMX-XNUMX สัปดาห์แรกของการตั้งครรภ์ของมนุษย์ ซึ่งเป็นช่วงที่พัฒนาการส่วนใหญ่มักมีแนวโน้มที่จะผิดพลาด การศึกษาแบบจำลองที่เลียนแบบระยะแรกๆ เหล่านี้ โดยไม่ต้องโต้แย้งเรื่องตัวอย่างทางชีววิทยา สามารถช่วยให้คู่รักที่กำลังดิ้นรนที่จะตั้งครรภ์และไขปริศนาเกี่ยวกับความลึกลับของการสูญเสียการตั้งครรภ์ระยะแรกได้

การศึกษาใหม่ตีพิมพ์ใน ธรรมชาติ จากผู้เชี่ยวชาญเรื่องเอ็มบริโอ ดร.จาค็อบ ฮันนา ผลักดันไทม์ไลน์การตั้งครรภ์ในห้องปฏิบัติการไปข้างหน้า ทีมงานได้เปลี่ยนเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนของมนุษย์ให้เป็นเอ็มบริออยด์ที่จำลองเอ็มบริโอของมนุษย์ในยุคแรกๆ เช่นเดียวกับคู่ทางชีวภาพของพวกเขา หยดจากห้องปฏิบัติการได้พัฒนา "ชั้น" ที่สำคัญของเนื้อเยื่อที่กำหนดระยะแรกของการพัฒนามนุษย์

“ละครเข้าเดือนแรก ท้องอีก XNUMX เดือนที่เหลือส่วนใหญ่เติบโตมาก” กล่าวว่า ฮันนา. “แต่เดือนแรกนั้นส่วนใหญ่ยังคงเป็นกล่องดำ แบบจำลองเอ็มบริโอของมนุษย์ที่ได้มาจากสเต็มเซลล์ของเรานำเสนอวิธีการที่มีจริยธรรมและเข้าถึงได้ในการมองเข้าไปในกล่องนี้”

สูตรสำหรับเอ็มบริออยด์

เมื่อสองปีที่แล้ว ทีมเดียวกันนี้ได้เปิดตัวผลงานที่โด่งดัง: ไข่และสเปิร์มไม่จำเป็นต่อการจุดประกายชีวิต อย่างน้อยก็ในหนู ทีมงานได้ค้นพบซุปเคมีที่สามารถดันเซลล์ให้กลายเป็นโครงสร้างคล้ายตัวอ่อนภายในจานเพาะเชื้อได้โดยใช้สเต็มเซลล์ของหนู

“เอ็มบริโอเป็นเครื่องจักรสร้างอวัยวะที่ดีที่สุดและเป็นเครื่องพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติที่ดีที่สุด เราพยายามเลียนแบบสิ่งที่มันทำ” กล่าวว่า ฮันนาในขณะนั้น

แนวคิดนี้ดูค่อนข้างง่าย: เซลล์ตัวอ่อนทั้งหมดมีศักยภาพที่จะกลายเป็นเซลล์ประเภทอื่นได้ แต่เซลล์เหล่านี้ก็มีการเข้าสังคมสูงเช่นกัน ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม เช่น สัญญาณทางเคมีหรือฮอร์โมนที่พวกเขาได้รับ พวกมันจะจัดระเบียบตัวเองเป็นเนื้อเยื่อ

การเพาะเลี้ยงเอ็มบริออยด์ต้องอาศัยความก้าวหน้าสองประการ ทั้งจากห้องปฏิบัติการของฮันนา

สถานที่แห่งหนึ่งทำให้สเต็มเซลล์กลับคืนสู่สถานะไร้เดียงสาโดยสิ้นเชิง ซึ่งเป็นตารางที่ทำลายตัวตนใดๆ ออกไป เรามักคิดว่าสเต็มเซลล์เป็นกลุ่มก้อนที่เหมือนกัน แต่จริงๆ แล้วเซลล์เหล่านี้อยู่ในขอบเขตของการพัฒนา แต่ละก้าวไปข้างหน้าจะเป็นแนวทางในการพัฒนาเซลล์ไปสู่ประเภทเซลล์หรืออวัยวะที่เฉพาะเจาะจง อย่างไรก็ตาม สเต็มเซลล์ไร้เดียงสามีศักยภาพที่จะเติบโตไปเป็นส่วนต่างๆ ของร่างกายได้

การรีบูตเซลล์ต้นกำเนิดไร้เดียงสาโดยสิ้นเชิงทำให้การรวมเซลล์ต้นกำเนิดเข้ากับโฮสต์ของมันได้ง่ายขึ้น ไม่ว่าจะอยู่ในมนุษย์หรือไม่ก็ตาม หรือหนู.

ความก้าวหน้าอีกประการหนึ่งคืออุปกรณ์ควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่จะอาบตัวอ่อนด้วยคลื่นสารอาหาร เช่นเดียวกับเครื่องกระตุ้นหัวใจ ปั๊มจะจำลองวิธีที่สารอาหารล้างเหนือตัวอ่อนในครรภ์ พร้อมควบคุมระดับออกซิเจนและความดันบรรยากาศ

ใน การศึกษาพิสูจน์แนวคิดซึ่งเป็นเซลล์ส่วนเล็กๆ จากหนูที่ก่อตัวเป็นโครงสร้างคล้ายเอ็มบริโอ พวกมันมีพัฒนาการคล้ายกับคู่ตามธรรมชาติจนกระทั่งประมาณครึ่งหนึ่งของการตั้งครรภ์ปกติ เมื่อผ่านไปแปดวัน เอ็มบริออยด์จะมีหัวใจเต้นแรง มีเซลล์เม็ดเลือดอยู่ในระบบไหลเวียน มีสมองขนาดเล็กที่มีรอยพับแบบคลาสสิก และระบบย่อยอาหาร

“ถ้าคุณให้สภาวะที่เหมาะสมแก่เอ็มบริโอ รหัสพันธุกรรมของมันจะทำหน้าที่เหมือนโดมิโนแถวที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ซึ่งจัดเรียงให้ตกลงมาทีละตัว” กล่าวว่า ฮันนาในการสัมภาษณ์ก่อนหน้านี้ “เป้าหมายของเราคือการสร้างเงื่อนไขเหล่านั้นขึ้นมาใหม่ และตอนนี้เราสามารถรับชมได้แบบเรียลไทม์ เมื่อโดมิโนแต่ละตัวชนตัวถัดไปในแถว”

เกือบจะเป็นมนุษย์

หนูไม่ใช่ผู้ชาย ฮันนาตระหนักดี และการศึกษาครั้งใหม่ก็ได้เชื่อมช่องว่างดังกล่าวเข้าด้วยกัน

ขั้นตอนแรก? สร้างสเต็มเซลล์ของมนุษย์ด้วยการทำให้เซลล์กลับสู่สภาพไร้เดียงสา

ด้วยวัตถุดิบนี้ในมือ ทีมงานจึงทำให้เซลล์มีอัตลักษณ์ที่แตกต่างกัน เรียกว่าเชื้อสาย สิ่งเหล่านี้บางส่วนพัฒนาเป็นเซลล์ซึ่งในที่สุดจะประกอบเป็นเอ็มบริโอ เซลล์อื่นๆ กลายเป็นเซลล์รองรับ เช่น เซลล์ที่ประกอบเป็นรกหรือสร้างถุงไข่แดง ซึ่งเป็นเซลล์เล็กๆ ทรงกลม มัลติทาสก์ ที่สนับสนุนสุขภาพของตัวอ่อนที่กำลังพัฒนา

กล่าวอีกนัยหนึ่ง เอ็มบริโอของมนุษย์ที่กำลังพัฒนาในช่วงแรกนั้นเป็นระบบนิเวศที่ซับซ้อน ดังนั้น จึงไม่น่าแปลกใจที่การเกลี้ยกล่อมเซลล์ต้นกำเนิดไร้เดียงสาให้มีหลายบทบาทได้หลบเลี่ยงผู้สร้างเอ็มบริออยด์ไปนานแล้ว แต่เชื้อสายทุกสายกลับกลายเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้หลังจากขั้นตอนสำคัญในการพัฒนามนุษย์ในระยะเริ่มแรก การฝังตัว เกิดขึ้น เมื่อเอ็มบริโอที่ปฏิสนธิเกาะติดกับผนังมดลูก จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงมากมายที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาต่อไป นอกจากนี้ยังเป็นช่วงที่การสูญเสียตัวอ่อนมักเกิดขึ้นด้วย

การศึกษาครั้งใหม่นี้ขยายขอบเขตไปสู่ระยะหลังการปลูกถ่าย โดยนำโปรโตคอลตัวอ่อนของเมาส์ก่อนหน้าของทีมมาใช้ใหม่เพื่อสร้างเอ็มบริออยด์ของมนุษย์ที่จัดระเบียบตัวเองได้ น่าแปลกที่มันง่ายกว่า

พวกเขาต้องดัดแปลงเซลล์ต้นกำเนิดของหนูเพื่อผลักดันพวกมันไปสู่เชื้อสายที่แตกต่างกัน ทีมงานกล่าว สำหรับเซลล์ของมนุษย์ พวกเขาเพียงแค่ปรับแต่งการอาบสารอาหารโดยไม่จำเป็นต้องใช้ยีนเพิ่มเติม เพื่อกระตุ้นโปรแกรมทางพันธุกรรมในสเต็มเซลล์ โดยเปลี่ยนพวกมันให้เป็นเนื้อเยื่อรองรับทั้งสามประเภท

เมื่อเอ็มบริออยด์เติบโตเต็มที่ ทีมงานก็ใช้เครื่องมือระดับโมเลกุลและพันธุกรรมเพื่อตรวจสอบความเที่ยงตรงของพวกมัน โดยรวมแล้ว โครงสร้างดังกล่าวมีลักษณะคล้ายกับสถาปัตยกรรม 3 มิติของเอ็มบริโอของมนุษย์ที่พัฒนาตามธรรมชาติในช่วง 7 ถึง 14 วันหลังการปฏิสนธิ เซลล์บางเซลล์ถึงกับสูบฉีดฮอร์โมน Human chorionic gonadotropin (hCG) ซึ่งเป็นฮอร์โมนที่ใช้ในการทดสอบการตั้งครรภ์ที่บ้าน การซับสารคัดหลั่งของเซลล์ลงบนแท่งไม้ทำให้ได้ผลลัพธ์ที่เป็นบวกสองเส้น

โดยรวมแล้ว เอ็มบริออยด์แสดงให้เห็นพัฒนาการที่สำคัญของเอ็มบริโอที่ปลูกถ่ายตั้งแต่ระยะแรก ทีมงานกล่าว โดยไม่จำเป็นต้องปฏิสนธิหรือมีปฏิสัมพันธ์กับมดลูกของแม่

[เนื้อหาฝัง]

การแข่งขันเอ็มบริออยด์

ทีมของฮันนาไม่ใช่ทีมเดียวที่ผลักดันเอ็มบริออยด์ไปข้างหน้า

ในเดือนมิถุนายนปีนี้ สอง ทีมอื่น เอ็มบริออยด์ที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมซึ่งเลียนแบบเอ็มบริโอของมนุษย์หลังจากการฝัง สูตรและส่วนผสมแตกต่างจากของฮันนา ตัวอย่างเช่น งานวิจัยชิ้นหนึ่งได้แทรกปัจจัยทางพันธุกรรมอันทรงพลังหลายอย่างเข้าไป ซึ่งผลักดันให้สเต็มเซลล์กลายเป็นเนื้อเยื่อรองรับ

นักวิทยาศาสตร์ไม่ค่อยเห็นพ้องต้องกันว่าเอ็มบริออยด์ชนิดใดมีความคล้ายคลึงกับตัวอ่อนตามธรรมชาติมากที่สุด อย่างไรก็ตาม พวกเขาเห็นพ้องต้องกันในด้านหนึ่ง นั่นคือ สเต็มเซลล์ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม มีความสามารถอันเหลือเชื่อในการจัดระเบียบตนเองให้เป็นโครงสร้างคล้ายเอ็มบริโอที่ซับซ้อนมากขึ้น

สำหรับตอนนี้ เอ็มบริออยด์อายุ 14 วัน ได้รับการขนานนามว่าเป็น “ทันสมัยที่สุด" ยัง.

สิบสี่วันถือเป็นการตัดเวลาที่เข้มงวดสำหรับการวิจัยเกี่ยวกับเอ็มบริโอมนุษย์ตามธรรมชาติในหลายประเทศ เนื่องจากไม่สามารถเพาะเลี้ยงตัวอ่อนในห้องปฏิบัติการเพิ่มเติมได้ อย่างไรก็ตาม เอ็มบริออยด์ไม่ตรงตามคำจำกัดความของเอ็มบริโอ และไม่อยู่ภายใต้ข้อจำกัด 14 วัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง เอ็มบริออยด์ของมนุษย์สามารถเพาะเลี้ยงเพิ่มเติมได้ตลอดระยะเวลาการพัฒนา งานก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่ามีความเป็นไปได้ทางเทคโนโลยีในหนู โดยสเต็มเซลล์จะพัฒนาอวัยวะกึ่งฟังก์ชัน

หากคุณเริ่มรู้สึกไม่สบายใจ คุณไม่ได้อยู่คนเดียว เอ็มบริออยด์กำลังเติบโตเข้าสู่ระยะต่อมาในการแข่งขันทางอาวุธเพื่อเปิดกล่องดำแห่งการพัฒนาของมนุษย์ในยุคแรก ในตอนนี้ เอ็มบริออยด์ที่เติบโตจากเซลล์ต้นกำเนิดจากเอ็มบริโอของมนุษย์จะต้องเคารพกฎระเบียบในปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม เซลล์ที่ทำจากเซลล์ต้นกำเนิดซึ่งมักใช้เซลล์ผิวหนังที่เปลี่ยนกลับไปเป็นเซลล์ต้นกำเนิดจะไม่อยู่ภายใต้กฎเกณฑ์ใดๆ

พูดให้ชัดก็คือ เอ็มบริออยด์ไม่มีความสามารถในการพัฒนาเป็นมนุษย์ได้เต็มที่ อย่างไรก็ตาม ก ผลการศึกษาล่าสุด ในลิงแสดงให้เห็นว่าพวกมันสามารถทำให้เกิดการตั้งครรภ์ได้เมื่อย้ายเข้าไปในมดลูก แม้ว่าในกรณีนี้ เอ็มบริออยด์จะยุติลงอย่างรวดเร็วและเป็นธรรมชาติก็ตาม การถกเถียงกันว่าจะควบคุม blobs เซลลูลาร์เหล่านี้หรือไม่และอย่างไรยังดำเนินอยู่

สำหรับตอนนี้ ทีมของฮันนามุ่งเน้นไปที่การแก้ไขสูตรเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ แต่สำหรับเป้าหมายระยะยาว พวกเขาหวังว่าจะผลักดันเอ็มบริออยด์ให้ดียิ่งขึ้นเพื่อดูว่าพวกเขาสามารถพัฒนาอวัยวะพื้นฐานได้หรือไม่ การทดลองเหล่านี้ “จะนำเสนอข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับหน้าต่างการพัฒนามนุษย์ในยุคแรกเริ่มที่ไม่สามารถเข้าถึงได้” พวกเขากล่าว

เครดิตภาพ: สถาบันวิทยาศาสตร์ Weizmann

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก Hub เอกพจน์