Các mô hình phôi tiên tiến nhất mô phỏng hai tuần phát triển đầu tiên của con người

Các mô hình phôi tiên tiến nhất mô phỏng hai tuần phát triển đầu tiên của con người

Dấu thời gian: 12:2023 PM ngày 3 tháng 00 năm XNUMX
Các mô hình phôi tiên tiến nhất vẫn bắt chước hai tuần đầu tiên của quá trình phát triển con người Thông minh dữ liệu PlatoBlockchain. Tìm kiếm dọc. Ái.

Quên tinh trùng gặp trứng.

Sử dụng tế bào gốc của con người, các nhà khoa học đã tạo ra các cấu trúc giống phôi người bên trong đĩa petri. Những đốm màu được nuôi trong phòng thí nghiệm này phát triển nhiều cấu trúc bắt chước phôi người sau khi được cấy vào tử cung — một cột mốc quan trọng đối với khả năng sinh sản — và tồn tại ít nhất 14 ngày.

Một thập kỷ trước, việc sản xuất các cấu trúc giống phôi hoặc phôi mà không có tế bào sinh sản có vẻ lố bịch. Nhưng khi các nhà khoa học ngày càng vạch ra hành trình phức tạp của phân tử hướng tới sự thụ thai của con người, thì việc loại bỏ tinh trùng và trứng là điều có thể để nhìn vào “hộp đen” về sự phát triển ban đầu của con người.

Nó vẫn giống như một thí nghiệm Frankenstein. Nhưng nỗ lực này không phải là sự tò mò khoa học rùng rợn. Người ta biết rất ít về những tuần đầu tiên của thai kỳ, khi sự phát triển thường có xu hướng không như ý muốn. Nghiên cứu các mô hình bắt chước những giai đoạn đầu này mà không gây tranh cãi về các mẫu sinh học có thể giúp các cặp vợ chồng đang gặp khó khăn trong việc thụ thai và làm sáng tỏ những bí ẩn về việc mất thai sớm.

Một nghiên cứu mới được công bố trong Thiên nhiên từ cựu chiến binh phôi thai Tiến sĩ Jacob Hanna giờ đây đã đẩy lùi mốc thời gian mang thai trong phòng thí nghiệm về phía trước. Nhóm nghiên cứu đã biến tế bào gốc phôi người thành phôi mô hình phôi người thời kỳ đầu. Giống như các đối tác sinh học của chúng, các đốm màu trong phòng thí nghiệm đã phát triển các “lớp” mô chính xác định các giai đoạn đầu phát triển của con người.

“Phim đang ở tháng đầu tiên, XNUMX tháng còn lại của thai kỳ chủ yếu là thai nhi phát triển nhiều,” nói Hanna. “Nhưng tháng đầu tiên đó phần lớn vẫn là một hộp đen. Mô hình phôi người có nguồn gốc từ tế bào gốc của chúng tôi cung cấp một cách tiếp cận có đạo đức và dễ tiếp cận để nghiên cứu lĩnh vực này.”

Công thức cho phôi

Hai năm trước, nhóm nghiên cứu đó đã đưa ra một kết quả bom tấn: trứng gặp tinh trùng không cần thiết để tạo ra sự sống, ít nhất là ở chuột. Bằng cách sử dụng tế bào gốc của chuột, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra một loại súp hóa học có thể đẩy tế bào thành các cấu trúc giống phôi bên trong đĩa petri.

“Phôi thai là cỗ máy tạo nội tạng tốt nhất và máy in sinh học 3D tốt nhất—chúng tôi đã cố gắng mô phỏng những gì nó làm,” nói Hanna vào thời điểm đó.

Ý tưởng này có vẻ tương đối đơn giản: tất cả các tế bào phôi đều có tiềm năng trở thành bất kỳ loại tế bào nào khác. Nhưng những tế bào này cũng có tính xã hội cao. Tùy thuộc vào môi trường của chúng - chẳng hạn như tín hiệu hóa học hoặc nội tiết tố mà chúng nhận được - chúng tự tổ chức thành các mô.

Nuôi cấy phôi dựa vào hai tiến bộ, cả hai đều đến từ phòng thí nghiệm Hanna.

Có nơi đã đưa các tế bào gốc về trạng thái hoàn toàn ngây thơ – một tabula rasa xóa sạch mọi danh tính. Chúng ta thường nghĩ tế bào gốc là một khối đồng nhất, nhưng thực ra chúng đang trong một phạm vi phát triển khác nhau. Mỗi bước hướng tới sự phát triển của tế bào hướng tới một loại tế bào hoặc cơ quan cụ thể. Tuy nhiên, một tế bào gốc ngây thơ có khả năng phát triển thành bất kỳ bộ phận cơ thể nào.

Việc khởi động lại hoàn toàn các tế bào gốc nguyên sơ giúp việc tích hợp tế bào gốc vào vật chủ của chúng trở nên dễ dàng hơn—bất kể đó là ở người hay không hoặc chuột.

Một tiến bộ khác là thiết bị điều khiển điện tử có thể tắm phôi trong các làn sóng dinh dưỡng. Giống như máy điều hòa nhịp tim, máy bơm mô phỏng cách chất dinh dưỡng thấm qua phôi trong bụng mẹ, đồng thời kiểm soát nồng độ oxy và áp suất khí quyển.

Trong một nghiên cứu bằng chứng, một phần nhỏ tế bào từ chuột hình thành các cấu trúc giống như phôi thai. Chúng phát triển tương tự như các con tự nhiên cho đến khoảng một nửa thời gian mang thai bình thường. Đến ngày thứ XNUMX, phôi đã có tim đập, tế bào máu trong hệ tuần hoàn, bộ não nhỏ với các nếp gấp cổ điển và đường tiêu hóa.

“Nếu bạn cung cấp cho phôi thai những điều kiện thích hợp, mã di truyền của nó sẽ hoạt động giống như một hàng domino được sắp xếp sẵn, sắp xếp lần lượt rơi xuống,” nói Hanna trong một cuộc phỏng vấn trước đó. “Mục đích của chúng tôi là tạo lại những điều kiện đó và bây giờ chúng tôi có thể xem trong thời gian thực khi mỗi quân domino chạm vào quân tiếp theo.”

Gần như con người

Chuột không phải là đàn ông. Hanna nhận thức rõ và nghiên cứu mới đã vượt qua vực thẳm.

Bước đầu tiên? Tạo ra tế bào gốc của con người bằng cách đưa nó về trạng thái ngây thơ.

Với nguyên liệu thô này trong tay, tiếp theo, nhóm nghiên cứu sẽ tạo cho các tế bào những đặc điểm nhận dạng khác nhau, gọi là dòng dõi. Một số trong số này phát triển thành tế bào và cuối cùng tạo thành phôi. Những tế bào khác biến thành các tế bào hỗ trợ, chẳng hạn như những tế bào tạo nên nhau thai hoặc tạo nên túi noãn hoàng—một tế bào nhỏ, tròn người đa nhiệm hỗ trợ sức khỏe của phôi đang phát triển.

Nói cách khác, phôi người đang phát triển sớm là một hệ sinh thái phức tạp. Vì vậy, không có gì ngạc nhiên khi việc đưa các tế bào gốc ngây thơ vào nhiều vai trò đã khiến các nhà sản xuất phôi từ lâu không thể thực hiện được. Tuy nhiên, mỗi dòng dõi đều trở nên không thể thiếu sau khi một bước quan trọng trong quá trình phát triển ban đầu của con người, sự cấy ghép, diễn ra. Khi phôi được thụ tinh bám vào thành tử cung, nó sẽ gây ra vô số thay đổi cần thiết cho sự phát triển tiếp theo. Đó cũng là lúc tình trạng mất phôi thường xuyên xảy ra.

Nghiên cứu mới tập trung vào giai đoạn sau cấy ghép, tái sử dụng giao thức phôi chuột trước đây của nhóm để tạo ra phôi người tự tổ chức. Đáng ngạc nhiên là nó lại đơn giản hơn.

Nhóm nghiên cứu cho biết họ phải biến đổi gen các tế bào gốc của chuột để đẩy chúng sang các dòng khác nhau. Với tế bào người, họ chỉ cần điều chỉnh bể dinh dưỡng – không cần thêm gen – để kích hoạt các chương trình di truyền trong tế bào gốc, biến chúng thành cả ba loại mô hỗ trợ.

Khi phôi trưởng thành, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một loạt công cụ phân tử và di truyền để kiểm tra tính trung thực của chúng. Nhìn chung, các cấu trúc này giống với kiến ​​trúc 3D của phôi người phát triển tự nhiên trong khoảng thời gian từ 7 đến 14 ngày sau khi thụ tinh. Một số tế bào thậm chí còn tiết ra gonadotropin màng đệm ở người (hCG), một loại hormone được sử dụng để thử thai tại nhà. Chấm dịch tiết của tế bào lên que cho kết quả dương tính vạch kép.

Nhóm nghiên cứu cho biết, nhìn chung, phôi thai cho thấy các mốc phát triển quan trọng của phôi được cấy sớm mà không cần thụ tinh hoặc tương tác với tử cung của người mẹ.

[Nhúng nội dung]

Chủng tộc phôi

Nhóm của Hanna không phải là nhóm duy nhất thúc đẩy phôi thai tiến về phía trước.

Vào tháng XNUMX năm nay, hai các đội khác phôi được thiết kế bắt chước phôi người sau khi cấy ghép. Công thức và nguyên liệu khác với của Hanna. Ví dụ, một nghiên cứu đã đưa vào một loạt các yếu tố di truyền mạnh mẽ để thúc đẩy tế bào gốc trở thành mô hỗ trợ.

Các nhà khoa học không hoàn toàn đồng ý về việc phôi nào giống nhất với phôi tự nhiên của chúng. Tuy nhiên, họ đồng ý ở một khía cạnh: tế bào gốc, trong điều kiện thích hợp, có khả năng tự tổ chức đáng kinh ngạc thành các cấu trúc giống phôi ngày càng phức tạp.

Hiện tại, phôi 14 ngày được quảng cáo là “tiên tiến nhất" chưa.

Mười bốn ngày là thời hạn nghiêm ngặt cho nghiên cứu về phôi người tự nhiên ở nhiều quốc gia, vì chúng không thể được nuôi cấy thêm trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, phôi không đáp ứng được định nghĩa về phôi và không bị giới hạn 14 ngày. Nói cách khác, phôi người có thể được nuôi cấy sâu hơn theo dòng thời gian phát triển. Công việc trước đây cho thấy nó có thể thực hiện được về mặt công nghệ ở chuột, với tế bào gốc phát triển các cơ quan bán chức năng.

Nếu bạn cảm thấy hơi lo lắng—bạn không đơn độc. Phôi đang phát triển ở những giai đoạn sau này trong cuộc chạy đua vũ trang nhằm mở hộp đen về sự phát triển ban đầu của con người. Hiện nay, phôi được nuôi cấy từ tế bào gốc phôi người phải tuân thủ các quy định hiện hành. Tuy nhiên, những tế bào được tạo ra từ tế bào gốc cảm ứng — thường sử dụng tế bào da được chuyển đổi sang trạng thái giống tế bào gốc — không tuân theo bất kỳ quy tắc nào.

Nói rõ hơn, phôi thai không có khả năng phát triển đầy đủ thành con người. Tuy nhiên, một nghiên cứu gần đây ở khỉ cho thấy chúng có thể gây ra mang thai khi được cấy vào tử cung - mặc dù trong trường hợp đó, phôi đã bị chấm dứt nhanh chóng và tự nhiên. Các cuộc tranh luận về việc có nên điều chỉnh các đốm màu tế bào này hay không và bằng cách nào vẫn đang diễn ra.

Hiện tại, nhóm của Hanna đang tập trung vào việc sửa đổi công thức của họ để nâng cao hiệu quả. Nhưng với mục tiêu lâu dài, họ hy vọng sẽ đẩy phôi thai đi xa hơn nữa để xem liệu chúng có thể phát triển các cơ quan thô sơ hay không. Họ nói rằng những thí nghiệm này “sẽ cung cấp những hiểu biết sâu sắc về những khoảng thời gian trước đây không thể tiếp cận được trong quá trình phát triển ban đầu của con người”.

Ảnh: Viện khoa học Weizmann

Dấu thời gian:

Thêm từ Trung tâm cá biệt