A tudósok laboratóriumban megismételték az emlős embrionális fejlődésének természetes folyamatát egészen az agy és a szív fejlődésének pontjáig. A kutatók őssejtek felhasználásával szintetikus egérembriókat hoztak létre a méhen kívül, amelyek a természetes fejlődési folyamatot az anyaméhben a 8.5. napig foglalták össze. Ez egy mérföldkő a szintetikus biológiában. A jövőben ez irányítja majd az emberi szintetikus embriókról szóló tanulmányokat, amelyek viszont tudott bevezetője a szintetikus anyagok fejlesztésének és gyártásának szervek transzplantációra váró betegek számára.
Az embriót általában a szaporodás egymást követő természetes jelenségének köztes fejlődési szakaszaként értelmezik, amelyet a petesejttel való találkozás indít el, és zigótát hoznak létre, amely osztódik. embrióEzt követi a magzat és a terhesség befejeztével újszülött fejlődés.
Fejlődés az embrionális sejtekben nukleáris transzfer látott olyan példát, amikor kihagyták a petesejt spermium általi megtermékenyítésének lépését. 1984-ben embriót hoztak létre egy tojásból, amelyből eltávolították az eredeti haploid sejtmagot, és egy donor embrionális sejt magjával helyettesítették, amely sikeresen fejlődött ki egy helyettesítőben, hogy megszülessen az első klónozott bébi bárány. A Somatic Cell Nuclear Transfer (SCNT) tökéletességével a Dolly a bárányt 1996-ban hozták létre egy érett felnőtt sejtből. Ez volt az első olyan eset, amikor emlőst klónoztak felnőtt sejtből. Dolly esete a személyre szabott őssejtek fejlesztésének lehetőségét is megnyitotta. Mindkét esetben nem használtak spermát, viszont a petesejt (a kicserélt sejtmaggal) embrióvá nőtt. Tehát mint ilyenek, ezek az embriók még mindig természetesek voltak.
Létrehozhatók-e embriók még egy tojás bevonása nélkül is? Ha igen, az ilyen embriók olyan mértékben szintetikusak lennének, hogy nem használnának ivarsejteket (ivarsejteket). Manapság az ilyen embriókat (vagy "embriószerű" vagy embrioidokat) rutinszerűen hoznak létre embrionális őssejtek (ESC) felhasználásával, és tenyésztik. in vitro a laborban.
Az emlősök közül az egereknek viszonylag rövid idő (19-21 nap) kell a szaporodáshoz, így az egérembrió kényelmes vizsgálati modell. A teljes beültetés előtti időszak körülbelül 4-5 nap, míg a többi 15 nap (a teljes időtartam kb. 75%-a) a beültetés utáni időszak. A beültetés utáni fejlődéshez az embriót a méhbe kell beültetni, ami külső megfigyelés számára elérhetetlenné teszi. Ez az anyai méhtől való függés gátat szab a vizsgálatnak.
A 2017-es év jelentős volt az emlős embriókultúra történetében. A szintetikus egérembriók létrehozására irányuló erőfeszítések lendületet kaptak, amikor a kutatók egyértelműen bebizonyították, hogy az embrionális őssejtek képesek önszerveződni és önszerveződni. in vitro hogy olyan embriószerű struktúrákat hozzanak létre, amelyek fontos tekintetben hasonlítanak a természetes embriókra1,2. Ebből azonban korlátok származtak méh akadályokat. A beültetés előtti embrió tenyésztése rutin in vitro de nem állt rendelkezésre robusztus platform a beültetés utáni egérembrió méhen kívüli tenyésztéséhez (a tojáshenger szakaszától a fejlett organogenezisig). A probléma megoldása terén az áttörést tavaly, 2021-ben érte el, amikor egy kutatócsoport bemutatott egy olyan kultúrplatformot, amely hatékony volt az egérembriók beültetés utáni fejlesztésére az anya méhén kívül. Egy ezen a platformon ex utero nevelt embrióról kiderült, hogy pontosan összefoglalja az in méh fejlesztés3. Ez a fejlesztés legyőzte a méh korlátait, és lehetővé tette a kutatók számára, hogy jobban megértsék a beültetés utáni morfogenezist, és így elősegítette a szintetikus embrióprojekt előrehaladott szakaszát.
Most két kutatócsoport arról számolt be, hogy a szintetikus egérembrió 8.5 napig nőtt, ami az eddigi leghosszabb idő. Ez elég hosszú volt a megkülönböztetéshez szervek (például dobogó szív, bélcső, idegredő stb.) Ez a legutóbbi előrelépés valóban figyelemre méltó.
Amint arról a Cell 1. augusztus 2022-jén beszámolt, a kutatócsoport szintetikus egérembriókat állított elő csak naiv embrionális őssejtek (ESC) felhasználásával az anyai méhen kívül. Együtt aggregálták az őssejteket, és a nemrég kifejlesztett tenyésztési platform segítségével hosszabb ideig dolgozták fel azokat ex-uteró növekedés, hogy gasztruláció után szintetikus egész embriót kapjunk embrionális és extraembrionális részekkel egyaránt. A szintetikus embrió kielégítően elérte a mérföldköveket az egérembriók 8.5 napos szakaszában. Ez a tanulmány rávilágít a naiv, pluripotens sejtek azon képességére, hogy önszerveződjenek, önszerveződjenek és modellezzék a teljes emlős embriót a gasztruláción túl.4.
A Nature-ben, 25. augusztus 2022-én megjelent legutóbbi tanulmányban a kutatók extraembrionális őssejteket is felhasználtak az embrionális őssejtek (ESC) fejlődési potenciáljának kiterjesztésére. Szintetikus embriókat állítottak össze in vitro egér ESC-k, TSC-k és iXEN-sejtek felhasználásával, amelyek összefoglalták az egér természetes teljes embrionális fejlődését a méhben a 8.5. napig. Ennek a szintetikus embriónak meghatározott elő- és középagyi régiói, dobogó szívszerű szerkezete, idegcsőből álló törzse, neuromezodermális progenitorokat tartalmazó farokbimbója, bélcsöve és primordiális csírasejtek voltak. Az egész egy extra embrionális zsákban volt5. Így ebben a tanulmányban az organogenezis fejlettebb és figyelemreméltóbb volt a Cell-ben 1. augusztus 2022-jén közölt tanulmányhoz képest. Talán kétféle extraembrionális őssejtek felhasználása javította az embrionális őssejtek fejlődési potenciálját ebben a tanulmányban. Érdekes módon a korábbi tanulmányban csak naiv embrionális őssejteket (ESC) használtak.
Ezek az eredmények valóban figyelemre méltóak, mivel ez a szintetikus emlős embriókon végzett vizsgálatok eddigi legtávolabbi pontja. Az emlősagy létrehozásának képessége a szintetikus biológia egyik fő célja. A beültetés utáni embrionális fejlődés természetes folyamatának laboratóriumi helyreállítása leküzdi a méh gátját, és lehetővé teszi a kutatók számára, hogy tanulmányozzák az élet legkorábbi szakaszait, amelyek általában a méhben rejtőznek.
Az etikai kérdések ellenére az egér szintetikus embriókkal kapcsolatos tanulmányok eredményei irányítják a közeljövőben az emberi szintetikus embriókkal kapcsolatos tanulmányokat, amelyek bevezethetik a szintetikus szervek fejlesztését és előállítását a transzplantációra váró betegek számára.
***
Referenciák:
- Harrison SE et al 2017. Embrionális és extraembrionális őssejtek összeállítása az embriogenezis in vitro utánzására. TUDOMÁNY. 2. március 2017., 356. kötet, 6334. szám. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aal1810
- Warmflash A. 2017. Szintetikus embriók: ablakok az emlősök fejlődésébe. Sejt Őssejt. 20. évfolyam, 5. szám, 4. május 2017., 581-582. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2017.04.001
- Aguilera-Castrejon, A., és mtsai. 2021. Ex utero egérembriogenezis a pre-gastrulációtól a késői organogenezisig. Természet 593, 119–124. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03416-3
- Tarazi S., et el 2022. Gastruláció utáni szintetikus embriók, amelyek ex utero jöttek létre egér naiv ESC-kből. Sejt. Közzétéve: 01. augusztus 2022. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.028
- Amadei, G., et al 2022. A szintetikus embriók befejezik a gasztrulációt a neurulációig és az organogenezisig. Megjelenés: 25. augusztus 2022. Természet. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05246-3
***
