Найдосконаліші моделі ембріонів імітують перші два тижні розвитку людини

Забудьте про зустріч сперми з яйцеклітиною.

Використовуючи людські стовбурові клітини, вчені створили всередині чашок Петрі структури, схожі на людський ембріон. Ці вирощені в лабораторії краплі розвивають кілька структур, які імітують людський ембріон після імплантації в матку — важливої ​​віхи для фертильності — і зберігаються щонайменше 14 днів.

Десять років тому виготовлення ембріоподібних структур або ембріоїдів без репродуктивних клітин здавалося б смішним. Але оскільки вчені все частіше планують заплутану молекулярну подорож до зачаття людини, стає можливим покінчити зі сперматозоїдом і яйцеклітиною, щоб зазирнути в «чорну скриньку» раннього розвитку людини.

Це все ще схоже на експеримент Франкенштейна. Але ця спроба не є моторошною науковою цікавістю. Дуже мало відомо про перші кілька тижнів вагітності людини, коли розвиток найчастіше має тенденцію йти неправильно. Вивчення моделей, що імітують ці ранні стадії — без суперечок щодо біологічних зразків — може допомогти парам, які намагаються завагітніти, і пролити світло на таємниці втрачених ранніх вагітностей.

Нове дослідження, опубліковане в природа від ембріонального ветерана, доктора Джейкоба Ханни, тепер просуває лабораторні терміни вагітності вперед. Команда перетворила людські ембріональні стовбурові клітини на ембріоїди, які моделюють ранні людські ембріони. Як і їхні біологічні аналоги, лабораторні краплі розвинули великі «шари» тканин, що визначають ранні стадії розвитку людини.

«Драма відбувається на першому місяці, решта вісім місяців вагітності — це в основному великий ріст», сказав Ганна. «Але цей перший місяць все ще залишається переважно чорною скринькою. Наша модель людського ембріона, отримана зі стовбурових клітин, пропонує етичний і доступний спосіб зазирнути в цю коробку».

Рецепт ембріоїда

Два роки тому та ж команда оприлюднила грандіозний результат: зустріч яйцеклітини зі сперматозоїдом необов’язкова для того, щоб запустити життя, принаймні у мишей. Використовуючи мишачі стовбурові клітини, команда виявила хімічний суп, який може підштовхнути клітини до ембріоноподібних структур усередині чашки Петрі.

«Ембріон — найкраща машина для виготовлення органів і найкращий 3D-біопринтер — ми намагалися імітувати те, що він робить», сказав Ганна в той час.

Ідея здається відносно простою: усі ембріональні клітини мають потенціал стати будь-яким іншим типом клітин. Але ці клітини також дуже соціальні. Залежно від навколишнього середовища — наприклад, які хімічні чи гормональні сигнали вони отримують — вони самоорганізовуються в тканини.

Культивування ембріоїдів базується на двох досягненнях, обидва з лабораторії Hanna.

Одне місце повернуло стовбурові клітини до абсолютно наївного стану — tabula rasa, яка знищує будь-яку ідентичність. Ми часто думаємо про стовбурові клітини як про єдиний натовп, але насправді вони знаходяться в спектрі розвитку. Кожен крок вперед спрямовує розвиток клітини до певного типу клітини чи органу. Проте наївна стовбурова клітина має потенціал проростати в будь-яку частину тіла.

Повне перезавантаження на наївні стовбурові клітини полегшує інтеграцію стовбурових клітин у їхніх господарів — незалежно від того, чи є це в людини або миші.

Іншим досягненням є пристрій з електронним керуванням, який омиває ембріоїди хвилями поживних речовин. Як кардіостимулятор, насос імітує те, як поживні речовини омивають ембріони в утробі матері, одночасно контролюючи рівень кисню та атмосферний тиск.

В дослідження доказів концепції, невелика частина клітин мишей сформувалася в ембріоноподібні структури. Вони розвивалися подібно до своїх природних побратимів приблизно до половини нормальної вагітності. На вісім днів у ембріоїдів було серце, що б’ється, кров’яні клітини в кровообігу, міні-мозок із класичними складками та травний тракт.

«Якщо створити правильні умови для ембріона, його генетичний код функціонуватиме як попередньо встановлена ​​лінія доміно, розташована так, щоб падати одна за одною», сказав Ганна в попередньому інтерв’ю. «Наша мета полягала в тому, щоб відтворити ці умови, і тепер ми можемо спостерігати в режимі реального часу, як кожна доміношка вдаряє наступну в рядку».

Майже Людина

Миші не чоловіки. Ханна добре знає, і нове дослідження долає прірву.

Перший крок? Завантажте людську стовбурову клітину, повернувши її в наївний стан.

Маючи в руках цю сировину, команда потім дала клітинам різні ідентичності, які називаються лініями. Деякі з них розвиваються в клітини, які згодом складають ембріон. Інші перетворюються на опорні клітини, такі як ті, що складають плаценту або утворюють жовтковий мішок — невеликий, округлий багатозадачний що підтримує здоров'я ембріона, що розвивається.

Іншими словами, ембріон людини, що розвивається на ранньому етапі, є складною екосистемою. Тож не дивно, що використання наївних стовбурових клітин у кількох ролях довгий час уникало виробників ембріонів. Проте кожна окрема лінія стає необхідною після того, як відбувається важливий крок у ранньому розвитку людини — імплантація. Коли запліднений ембріон прикріплюється до стінки матки, це викликає безліч змін, необхідних для подальшого розвитку. Також часто відбувається втрата ембріона.

Нове дослідження зосереджується на стадії після імплантації, перепрофілюючи попередній протокол ембріоїдів миші для генерації самоорганізованих ембріоїдів людини. На диво, це було простіше.

Команда каже, що їм довелося створити генетичну інженерію стовбурових клітин миші, щоб підштовхнути їх до інших ліній. З людськими клітинами вони просто налагодили поживну ванну (додаткові гени не потрібні), щоб активувати генетичні програми в стовбурових клітинах, перетворюючи їх на всі три типи опорних тканин.

У міру дозрівання ембріоїдів команда використовувала низку молекулярних і генетичних інструментів, щоб перевірити їх точність. Загалом, структури нагадували тривимірну архітектуру людських ембріонів, що розвинулися природним шляхом через 3-7 днів після запліднення. Деякі клітини навіть викидали хоріонічний гонадотропін людини (ХГЛ), гормон, який використовується для домашніх тестів на вагітність. Нанесення клітинних секретів на паличку дало позитивний результат подвійної лінії.

Загалом, ембріоїди показали ключові орієнтири розвитку раннього імплантованого ембріона, заявила команда, без необхідності запліднення або взаємодії з утробою матері.

[Вбудоване вміст]

Ембріоїдна раса

Команда Ханни не єдина, хто просуває ембріоїди вперед.

У червні цього року, два інші команди сконструйовані ембріоїди, які імітують людські ембріони після імплантації. Рецепти та інгредієнти інші, ніж у Ганни. Одне дослідження, наприклад, включило безліч потужних генетичних факторів, які підштовхнули стовбурові клітини до опорних тканин.

Вчені не зовсім згодні щодо того, які ембріоїди найкраще нагадують свій природний аналог. Однак вони погоджуються в одному аспекті: стовбурові клітини за правильних умов мають неймовірну здатність самоорганізовуватися у все більш витончені ембріоноподібні структури.

На даний момент 14-денний ембріоїд рекламується як "найсучаснішіЩе.

Чотирнадцять днів є суворим обмеженням для досліджень природних людських ембріонів у багатьох країнах, оскільки їх не можна далі культивувати в лабораторії. Однак ембріоїди не відповідають визначенню ембріона і не підпадають під 14-денне обмеження. Іншими словами, людські ембріоїди можна культивувати далі вздовж шкали розвитку. Попередня робота показує, що це технологічно можливо на мишах, коли стовбурові клітини розвивають напівфункціональні органи.

Якщо вам стає трохи страшно, ви не самотні. Ембріоїди ростуть на все більш пізніх стадіях гонки озброєнь, щоб відкрити чорну скриньку раннього розвитку людини. На даний момент ембріоїди, вирощені з ембріональних стовбурових клітин людини, повинні відповідати чинним нормам. Однак ті, що виготовлені з індукованих стовбурових клітин — часто з використанням клітин шкіри, повернутих до стану, схожого на стовбурові — не підпадають під дію жодних правил.

Щоб було зрозуміло, ембріоїди не мають здатності повністю розвиватися в людину. Проте, а Недавнє дослідження на мавпах показали, що вони можуть індукувати вагітність, якщо їх пересадити в утробу матері, хоча в цьому випадку ембріоїд був швидко та природним чином припинений. Тривають дискусії про те, чи регулювати ці клітинні згустки і як це зробити.

Наразі команда Ханни зосереджена на перегляді свого рецепту для підвищення ефективності. Але в якості довгострокової мети вони сподіваються просунути ембріоїд ще далі, щоб побачити, чи зможуть вони розвинути рудиментарні органи. Вони кажуть, що ці експерименти «запропонують зрозуміти раніше недоступні вікна раннього розвитку людини».

Зображення Фото: Інститут науки Вейцмана

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. Автомобільні / електромобілі, вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• ChartPrime. Розвивайте свою торгову гру за допомогою ChartPrime. Доступ тут.
• BlockOffsets. Модернізація екологічної компенсаційної власності. Доступ тут.
• джерело: https://singularityhub.com/2023/09/12/the-most-advanced-embryo-models-yet-mimic-the-first-two-weeks-of-human-development/