Najbardziej zaawansowane modele zarodków naśladują pierwsze dwa tygodnie rozwoju człowieka

Najbardziej zaawansowane modele zarodków naśladują pierwsze dwa tygodnie rozwoju człowieka

Znacznik czasu: 12 września 2023 3:00
Węzeł źródłowy: 2267440

Zapomnij, że plemnik spotyka się z jajkiem.

Wykorzystując ludzkie komórki macierzyste, naukowcy stworzyli struktury przypominające embrion ludzki wewnątrz szalek Petriego. Te wyhodowane w laboratorium kropelki rozwijają wiele struktur imitujących ludzki embrion po wszczepieniu do macicy – ​​co jest kamieniem milowym w zakresie płodności – i trwają co najmniej 14 dni.

Dziesięć lat temu wytwarzanie struktur przypominających embrion, czyli embrioidów, bez komórek rozrodczych wydawałoby się niedorzeczne. Jednak w miarę jak naukowcy coraz częściej planują zawiłą molekularną podróż prowadzącą do poczęcia człowieka, możliwe staje się wyeliminowanie plemników i komórek jajowych, aby zajrzeć do „czarnej skrzynki” wczesnego rozwoju człowieka.

To wciąż brzmi jak eksperyment Frankensteina. Ale to przedsięwzięcie nie jest makabryczną ciekawostką naukową. Niewiele wiadomo na temat pierwszych tygodni ciąży u ludzi, kiedy rozwój dziecka najczęściej przebiega nieprawidłowo. Badanie modeli naśladujących te wczesne etapy – bez kontrowersji związanych z próbkami biologicznymi – może pomóc parom mającym trudności z zajściem w ciążę i rzucić światło na tajemnice utraconej wczesnych ciąż.

Nowe badanie opublikowane w Natura od weterana embrionów, doktora Jacoba Hanny, przesuwa teraz harmonogram ciąży laboratoryjnej do przodu. Zespół przekształcił ludzkie embrionalne komórki macierzyste w embrionoidy, które modelują wczesne ludzkie embriony. Podobnie jak ich biologiczne odpowiedniki, plamy laboratoryjne wytworzyły główne „warstwy” tkanek definiujące wczesne etapy rozwoju człowieka.

„Dramat ma miejsce w pierwszym miesiącu, pozostałe osiem miesięcy ciąży to głównie duży wzrost” powiedziany Hanna. „Ale ten pierwszy miesiąc to nadal w dużej mierze czarna skrzynka. Nasz model ludzkiego embrionu pochodzącego z komórek macierzystych oferuje etyczny i przystępny sposób wglądu w tę skrzynkę”.

Przepis na embrion

Dwa lata temu ten sam zespół opublikował fenomenalny wynik: spotkanie komórki jajowej z plemnikiem nie jest konieczne do wywołania życia, przynajmniej u myszy. Wykorzystując mysie komórki macierzyste, zespół odkrył zupę chemiczną, która może wepchnąć komórki w struktury przypominające embrion na szalce Petriego.

„Zarodek to najlepsza maszyna do wytwarzania narządów i najlepsza biodrukarka 3D — próbowaliśmy naśladować jego działanie” powiedziany Hanna w tamtym czasie.

Pomysł wydaje się stosunkowo prosty: wszystkie komórki embrionalne mają potencjał, aby stać się komórkami dowolnego innego typu. Ale te komórki są również bardzo społeczne. W zależności od środowiska – na przykład od sygnałów chemicznych lub hormonalnych, jakie otrzymują – organizują się samoczynnie w tkanki.

Hodowla embrioidów opiera się na dwóch osiągnięciach, obydwa uzyskane w laboratorium Hanna.

Jeden z nich wprowadza przywrócone komórki macierzyste do całkowicie naiwnego stanu – tabula rasa, która wymazuje jakąkolwiek tożsamość. Często myślimy o komórkach macierzystych jako o jednolitym tłumie, ale w rzeczywistości znajdują się one w spektrum rozwoju. Każdy krok naprzód kieruje rozwojem komórki w kierunku określonego typu komórki lub narządu. Jednak naiwna komórka macierzysta może wyrosnąć na dowolną część ciała.

Całkowite ponowne uruchomienie do naiwnych komórek macierzystych ułatwia integrację komórek macierzystych z gospodarzami – niezależnie od tego, czy są to ludzie lub myszy.

Kolejnym osiągnięciem jest elektronicznie sterowane urządzenie, które zanurza embriony w falach składników odżywczych. Podobnie jak rozrusznik serca, pompa symuluje przepływ składników odżywczych przez zarodki w macicy, kontrolując jednocześnie poziom tlenu i ciśnienie atmosferyczne.

W badanie weryfikujące koncepcję, niewielka część komórek myszy utworzyła struktury przypominające embrion. Rozwijały się podobnie do swoich naturalnych odpowiedników aż do mniej więcej połowy normalnego okresu ciąży. Po ośmiu dniach embrioidy miały bijące serce, krwinki w krążeniu, minimózg z klasycznymi fałdami i przewód pokarmowy.

„Jeśli zapewnisz embrionowi odpowiednie warunki, jego kod genetyczny będzie funkcjonował jak z góry ustalona linia domina, ułożona tak, aby upadać jedna po drugiej” powiedziany Hanna we wcześniejszym wywiadzie. „Naszym celem było odtworzenie tych warunków, a teraz możemy oglądać w czasie rzeczywistym, jak każde domino uderza w następne w kolejce”.

Prawie ludzki

Myszy nie są ludźmi. Hanna doskonale zdaje sobie z tego sprawę, a nowe badanie wypełnia przepaść.

Pierwszy krok? Przygotuj ludzką komórkę macierzystą, przywracając ją do stanu naiwnego.

Dysponując tym surowcem, zespół następnie nadał komórkom różne tożsamości, zwane liniami. Niektóre z nich rozwijają się w komórki, które ostatecznie tworzą zarodek. Inne przekształcają się w komórki podporowe, na przykład te, które tworzą łożysko lub budują woreczek żółtkowy – mały, zaokrąglony wielozadaniowość który wspiera zdrowie rozwijającego się zarodka.

Innymi słowy, wcześnie rozwijający się embrion ludzki jest złożonym ekosystemem. Nic więc dziwnego, że namawianie naiwnych komórek macierzystych do pełnienia wielu ról od dawna umykało twórcom embrionów. Jednak każda linia rodowa staje się niezbędna po tym, jak nastąpi ważny krok we wczesnym rozwoju człowieka, czyli implantacja. Kiedy zapłodniony zarodek przyczepia się do ściany macicy, wywołuje to mnóstwo zmian niezbędnych do dalszego rozwoju. Często zdarza się również, że dochodzi do utraty zarodków.

Nowe badanie skupia się na etapie poimplantacyjnym, zmieniając poprzedni protokół zespołu dotyczący embrionów myszy w celu wygenerowania samoorganizujących się ludzkich embrionów. Co zaskakujące, było to prostsze.

Zespół twierdzi, że musieli zmodyfikować genetycznie mysie komórki macierzyste, aby skierować je do różnych linii. W przypadku komórek ludzkich po prostu zmodyfikowano kąpiel odżywczą – nie wymagały żadnych dodatkowych genów – aby aktywować programy genetyczne w komórkach macierzystych, przekształcając je we wszystkie trzy typy tkanek pomocniczych.

W miarę dojrzewania embrioidów zespół wykorzystał szereg narzędzi molekularnych i genetycznych do sprawdzenia ich wierności. Ogólnie rzecz biorąc, struktury przypominały architekturę 3D naturalnie rozwiniętych ludzkich embrionów w okresie od 7 do 14 dni po zapłodnieniu. Niektóre komórki wydzielały nawet ludzką gonadotropinę kosmówkową (hCG), hormon używany w domowych testach ciążowych. Nałożenie wydzieliny komórek na sztyft dało wynik dodatni w postaci podwójnych linii.

Ogólnie rzecz biorąc, embrioidy wykazywały kluczowe cechy rozwojowe wczesnego wszczepionego zarodka, stwierdził zespół, bez konieczności zapłodnienia lub interakcji z łonem matki.

[Osadzone treści]

Wyścig embrioidalny

Zespół Hanny nie jest jedynym, który popycha embriony do przodu.

W czerwcu br. drugiej inne zespoły inżynierii embrioidalnej, która naśladuje ludzkie embriony po implantacji. Przepisy i składniki są inne niż u Hanny. Na przykład w jednym badaniu wprowadzono szereg potężnych czynników genetycznych, które popychają komórki macierzyste do przekształcenia się w tkanki podporowe.

Naukowcy nie do końca są zgodni co do tego, które embrioidy najlepiej przypominają swój naturalny odpowiednik. Są jednak zgodni w jednym aspekcie: komórki macierzyste, w odpowiednich warunkach, mają niesamowitą zdolność do samoorganizowania się w coraz bardziej wyrafinowane struktury przypominające embriony.

Na razie 14-dniowy embrioid jest reklamowany jako „najbardziej zaawansowany" już.

W wielu krajach czternaście dni to ścisły limit badań nad naturalnymi embrionami ludzkimi, ponieważ nie można ich dalej hodować w laboratorium. Embrioidy nie spełniają jednak definicji zarodka i nie podlegają 14-dniowemu ograniczeniu. Innymi słowy, ludzkie embrioidy można hodować dalej na osi czasu rozwoju. Poprzednie prace pokazują, że jest to technologicznie możliwe u myszy, ponieważ komórki macierzyste rozwijają półfunkcjonalne narządy.

Jeśli zaczynasz się trochę bać – nie jesteś sam. Embrioidy wkraczają w coraz późniejsze etapy wyścigu zbrojeń mającego na celu otwarcie czarnej skrzynki wczesnego rozwoju człowieka. Na razie embrioniki wyhodowane z ludzkich embrionalnych komórek macierzystych muszą przestrzegać obowiązujących przepisów. Jednakże te wykonane z indukowanych komórek macierzystych – często przy użyciu komórek skóry przywróconych do stanu podobnego do komórek macierzystych – nie podlegają żadnym zasadom.

Żeby było jasne, embrioidy nie mają możliwości pełnego rozwinięcia się w istoty ludzkie. Jednakże, A Ostatnie badania u małp wykazało, że po przeszczepieniu do macicy mogą wywołać ciążę – chociaż w tym przypadku embrion ulegał szybkiemu i naturalnemu zaniknięciu. Trwają debaty na temat tego, czy i jak regulować te plamy komórkowe.

Na razie zespół Hanny koncentruje się na zmianie przepisu w celu zwiększenia wydajności. Jednak jako cel długoterminowy mają nadzieję popchnąć embrion jeszcze dalej, aby sprawdzić, czy uda mu się rozwinąć podstawowe narządy. Eksperymenty te „zapewnią wgląd w niedostępne wcześniej okna wczesnego rozwoju człowieka” – twierdzą.

Kredytowych Image: Instytut Nauki Weizmann

Znak czasu:

Więcej z Centrum osobliwości