นักวิทยาศาสตร์จาก สถาบันวิทยาศาสตร์ Weizmann เป็นครั้งแรกที่มีการสร้างแบบจำลองเอ็มบริโอสังเคราะห์ของหนูนอกมดลูกโดยใช้เซลล์ต้นกำเนิดที่เพาะเลี้ยงในจานเพาะเชื้อ นี่คือความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์การแพทย์ที่สำคัญ
ยิ่งไปกว่านั้น กระบวนการเพาะเลี้ยงเซลล์ยังทำได้โดยไม่ต้องใช้ไข่ที่ปฏิสนธิแล้ว จึงไม่จำเป็นต้องมีสเปิร์ม
วิธีการนี้สามารถหลีกเลี่ยงความกังวลด้านเทคโนโลยีและศีลธรรมที่เกี่ยวข้องกับการใช้ตัวอ่อนตามธรรมชาติในการวิจัยและเทคโนโลยีชีวภาพได้ในระดับที่มีนัยสำคัญ ทำให้มีความสำคัญอย่างไม่น่าเชื่อ แม้แต่กับหนู การทดสอบบางอย่างในปัจจุบันยังทำไม่ได้เพราะต้องใช้การทดสอบหลายพันครั้ง ตัวอ่อน; อย่างไรก็ตาม ความพร้อมของแบบจำลองที่พัฒนาจากเซลล์เอ็มบริโอของเมาส์ ซึ่งเพิ่มจำนวนขึ้นเป็นล้านๆ ในตู้อบในห้องปฏิบัติการนั้นแทบจะไร้ขีดจำกัด
Prof. Jacob Hanna จากแผนก Molecular Genetics ของ Weizmann กล่าวว่า “เอ็มบริโอเป็นเครื่องสร้างอวัยวะที่ดีที่สุดและเป็นเครื่องพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติที่ดีที่สุด เราพยายามเลียนแบบสิ่งที่มันทำ นักวิทยาศาสตร์รู้วิธีฟื้นฟูเซลล์ที่โตเต็มที่ให้เป็น "ลำต้น" แล้ว ผู้บุกเบิกการปรับโปรแกรมเซลล์ใหม่นี้ได้รับรางวัลโนเบลในปี 2012 แต่ไปในทิศทางตรงกันข้าม ทำให้เซลล์ต้นกำเนิดแยกออกเป็นเซลล์เฉพาะของร่างกาย ไม่ต้องพูดถึงอวัยวะที่มีรูปร่างทั้งหมด ได้พิสูจน์แล้วว่ามีปัญหามากขึ้น”
“จนถึงขณะนี้ ในการศึกษาส่วนใหญ่ เซลล์เฉพาะทางมักจะสร้างได้ยากหรือผิดปกติ และพวกเขามักจะก่อตัวเป็นลูกผสม แทนที่จะเป็นเนื้อเยื่อที่มีโครงสร้างดีซึ่งเหมาะสำหรับการปลูกถ่าย เราจัดการเพื่อเอาชนะอุปสรรคเหล่านี้ได้ด้วยการปลดปล่อยศักยภาพในการจัดองค์กรด้วยตนเองที่เข้ารหัสใน เซลล์ต้นกำเนิด".
ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2021 นักวิทยาศาสตร์ได้คิดค้นอุปกรณ์ควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ช่วยให้การเจริญเติบโตของตัวอ่อนเมาส์ตามธรรมชาตินอกมดลูก นักวิทยาศาสตร์ใช้อุปกรณ์เดียวกันในการทดลองใหม่นี้เพื่อปลูกสเต็มเซลล์ของหนูเป็นเวลานานกว่าสัปดาห์ – ประมาณครึ่งหนึ่งของเวลาตั้งท้องของหนู
นักวิทยาศาสตร์ได้แบ่งสเต็มเซลล์ออกเป็นสามกลุ่มก่อนที่จะใส่ลงในอุปกรณ์ ประการหนึ่ง เซลล์ที่จะกลายเป็นอวัยวะของตัวอ่อนในท้ายที่สุดก็ถูกปล่อยให้อยู่ในสถานะปัจจุบัน ยีนหนึ่งในสองประเภท ตัวควบคุมหลักของรกหรือถุงไข่แดง แสดงออกมากเกินไปในเซลล์ในอีกสองกลุ่มในระหว่างการปรับสภาพที่กินเวลาเพียง 48 ชั่วโมง
ฮันนากล่าวว่า "เราให้เซลล์ทั้งสองกลุ่มนี้ถูกผลักดันชั่วคราวเพื่อให้เกิดเนื้อเยื่อนอกตัวอ่อนที่ค้ำจุน กำลังพัฒนาตัวอ่อน".
กลุ่มเซลล์ทั้งสามถูกรวมเข้าด้วยกันอย่างรวดเร็วภายในอุปกรณ์เพื่อสร้างมวลรวม ซึ่งส่วนใหญ่ล้มเหลวในการพัฒนาอย่างเต็มที่ อย่างไรก็ตาม 50 จาก 10,000 หรือประมาณ 0.5 เปอร์เซ็นต์ยังคงก่อตัวเป็นทรงกลมซึ่งแต่ละอันพัฒนาเป็นโครงสร้างที่ยาวและคล้ายตัวอ่อน รกและถุงไข่แดงมองเห็นได้ภายนอกตัวอ่อน และการพัฒนาของแบบจำลองดำเนินไปเหมือนในตัวอ่อนตามธรรมชาติ เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดรหัสสีแต่ละชุดของเซลล์
แบบจำลองสังเคราะห์เหล่านี้พัฒนาตามปกติจนถึงวันที่ 8.5 ซึ่งเกือบครึ่งหนึ่งของการตั้งครรภ์ 20 วันของหนูเมาส์ ซึ่งเป็นระยะที่อวัยวะต้นกำเนิดทั้งหมดได้ก่อตัวขึ้น รวมถึงหัวใจที่เต้น การไหลเวียนของสเต็มเซลล์ในเลือด และสมองที่มีรอยพับ ท่อประสาท และลำไส้ เมื่อเทียบกับตัวอ่อนของเมาส์ตามธรรมชาติ โมเดลสังเคราะห์แสดงความคล้ายคลึงกัน 95 เปอร์เซ็นต์ทั้งรูปร่างของโครงสร้างภายในและรูปแบบการแสดงออกของยีนของเซลล์ประเภทต่างๆ อวัยวะที่เห็นในแบบจำลองบ่งบอกถึงการทำงานทุกอย่าง
ฮันนา กล่าวว่า, "การศึกษานำเสนอเวทีใหม่: ความท้าทายต่อไปของเราคือการทำความเข้าใจว่าสเต็มเซลล์รู้ว่าต้องทำอะไร พวกมันรวมตัวกันเป็นอวัยวะอย่างไรและหาทางไปยังจุดที่กำหนดภายในตัวอ่อนได้อย่างไร และเนื่องจากระบบของเราไม่เหมือนกับมดลูก ระบบจึงอาจพิสูจน์ได้ว่ามีประโยชน์สำหรับการสร้างแบบจำลองข้อบกพร่องของการกำเนิดและการฝังตัวของตัวอ่อนมนุษย์”
“แทนที่จะพัฒนาโปรโตคอลที่แตกต่างกันสำหรับการเติบโตของเซลล์แต่ละประเภท – ตัวอย่างเช่น เซลล์ของไตหรือตับ – วันหนึ่งเราอาจสร้างแบบจำลองคล้ายตัวอ่อนสังเคราะห์และแยกเซลล์ที่เราต้องการได้ เราไม่จำเป็นต้องกำหนดอวัยวะที่เกิดใหม่ว่าต้องพัฒนาอย่างไร ตัวอ่อนทำสิ่งนี้ได้ดีที่สุด”
การอ้างอิงวารสาร:
- Shadi Tarazi, Alejandro Aguilera Castrejon, และคณะ ¬Post-Gastrulation เอ็มบริโอสังเคราะห์ที่สร้าง Ex Utero จาก Mouse Naïve ESCs เซลล์ 01 สิงหาคม 2022 ดอย: 10.1016 / j.cell.2022.07.028
