Streszczenie: Naukowcy opracowali w laboratorium model embrionu ludzkiego pochodzący z komórek macierzystych. Ten innowacyjny model, stworzony z pluripotencjalnych komórek macierzystych, umożliwia eksperymentalne modelowanie rozwoju embrionalnego w drugim tygodniu ciąży, krytycznym okresie często związanym z utratą ciąży.

Celem badań jest pogłębienie naszej wiedzy na temat zaburzeń genetycznych, wczesnej utraty ciąży oraz pochodzenia narządów i wyspecjalizowanych komórek. Ten nowy postęp może zmniejszyć zależność od dawców ludzkich embrionów w badaniach.

Kluczowe fakty:

1. Naukowcy z Cambridge stworzyli w laboratorium model ludzkiego embrionu, używając przeprogramowanych ludzkich komórek macierzystych.
2. Model pozwala na eksperymentalne modelowanie rozwoju embrionalnego w drugim tygodniu ciąży, kiedy wiele ciąż kończy się niepowodzeniem.
3. Ten przełom może pogłębić naszą wiedzę na temat zaburzeń genetycznych, wczesnej utraty ciąży oraz pochodzenia rozwojowego narządów i wyspecjalizowanych komórek, a także może zmniejszyć zapotrzebowanie na oddane ludzkie zarodki w badaniach.

Źródło: Uniwersytet Cambridge

Naukowcy z Cambridge stworzyli w laboratorium model embrionu ludzkiego pochodzący z komórek macierzystych poprzez przeprogramowanie ludzkich komórek macierzystych. Przełom może pomóc w badaniach nad zaburzeniami genetycznymi oraz w zrozumieniu, dlaczego i jak ciąża kończy się niepowodzeniem.

Opublikowane dzisiaj w czasopiśmie Naturaten model zarodka jest zorganizowaną trójwymiarową strukturą pochodzącą z pluripotencjalnych komórek macierzystych, które replikują niektóre procesy rozwojowe zachodzące we wczesnych embrionach ludzkich.

Wykorzystanie takich modeli pozwala na eksperymentalne modelowanie rozwoju embrionalnego w drugim tygodniu ciąży. Mogą pomóc naukowcom zdobyć podstawową wiedzę na temat pochodzenia rozwojowego narządów i wyspecjalizowanych komórek, takich jak plemniki i komórki jajowe, a także ułatwić zrozumienie wczesnego poronienia.

„Nasz model przypominający ludzki embrion, stworzony w całości z ludzkich komórek macierzystych, daje nam dostęp do rozwijającej się struktury na etapie, który normalnie jest przed nami ukryty z powodu zagnieżdżenia się maleńkiego zarodka w łonie matki” – mówi prof. Magdalena Zernicka- Goetz z Wydziału Fizjologii, Rozwoju i Neuronauki Uniwersytetu Cambridge, który kierował pracą.

Dodała: „Ten ekscytujący rozwój pozwala nam manipulować genami, aby zrozumieć ich role rozwojowe w systemie modelowym. To pozwoli nam przetestować działanie określonych czynników, co jest trudne do przeprowadzenia w naturalnym zarodku”.

W naturalnym rozwoju człowieka drugi tydzień rozwoju to ważny czas, kiedy zarodek zagnieżdża się w macicy. To czas, w którym wiele ciąż zostaje utraconych.

Nowe odkrycie umożliwia naukowcom zajrzenie w tajemniczy okres „czarnej skrzynki” rozwoju człowieka – zwykle po zagnieżdżeniu się zarodka w macicy – ​​i obserwację procesów nigdy wcześniej bezpośrednio nie obserwowanych.

Zrozumienie tych wczesnych procesów rozwojowych może ujawnić niektóre przyczyny wad wrodzonych i chorób u ludzi oraz opracować testy na nie u kobiet w ciąży.

Do tej pory procesy można było obserwować tylko na modelach zwierzęcych, na przykład przy użyciu komórek danio pręgowanego i myszy.

Ograniczenia prawne w Wielkiej Brytanii obecnie uniemożliwiają hodowlę naturalnych embrionów ludzkich w laboratorium po 14 dniu rozwoju: ten termin został ustalony tak, aby odpowiadał etapowi, w którym zarodek nie może już tworzyć bliźniaka.

Do tej pory naukowcy byli w stanie badać ten okres rozwoju człowieka jedynie za pomocą oddanych ludzkich embrionów. Ten postęp może zmniejszyć zapotrzebowanie na oddane embriony ludzkie w badaniach.

Zernicka-Goetz mówi, że chociaż te modele mogą naśladować aspekty rozwoju ludzkich embrionów, nie mogą i nie rozwiną się do odpowiednika ludzi w stadium postnatalnym.

W ciągu ostatniej dekady grupa Zernickiej-Goetz w Cambridge badała najwcześniejsze etapy ciąży, aby zrozumieć, dlaczego niektóre ciąże kończą się niepowodzeniem, a inne sukcesem.

W 2021, a następnie w 2022 roku jej zespół ogłosił w Komórka rozwojowa, Natura I Komórka Komórka Macierzysta czasopismach, że w końcu stworzyli modele embrionów z mysich komórek macierzystych, które mogą rozwinąć się, tworząc strukturę podobną do mózgu, bijące serce i podstawy wszystkich innych narządów ciała.

Nowe modele pochodzące z ludzkich komórek macierzystych nie mają mózgu ani bijącego serca, ale zawierają komórki, z których zwykle tworzy się zarodek, łożysko i woreczek żółtkowy, a następnie rozwijają się, tworząc prekursory komórek rozrodczych (które utworzą plemniki i jajka).

Wiele ciąż kończy się niepowodzeniem w momencie, gdy te trzy typy komórek koordynują implantację do macicy i zaczynają wysyłać do siebie mechaniczne i chemiczne sygnały, które mówią zarodkowi, jak prawidłowo się rozwijać.

Istnieją jasne przepisy regulujące modele embrionów ludzkich oparte na komórkach macierzystych, a wszyscy badacze zajmujący się modelowaniem embrionów muszą najpierw zostać zatwierdzeni przez komisje etyczne. Czasopisma wymagają potwierdzenia takiej oceny etycznej, zanim przyjmą artykuły naukowe do publikacji. Laboratorium Zernickiej-Goetz posiada te atesty.

„Przenoszenie embrionów do ciała kobiety w celach reprodukcyjnych jest niezgodne z prawem i regulacjami FDA. Są to wysoce zmanipulowane komórki ludzkie, a ich próba wykorzystania do reprodukcji byłaby niezwykle niebezpieczna” – powiedział dr Insoo Hyun, dyrektor Centrum Nauk Przyrodniczych i Nauki Publicznej w Muzeum Nauki w Bostonie oraz członek Centrum Bioetyki Harvard Medical School.

Zernicka-Goetz zajmuje również stanowisko w California Institute of Technology i jest laureatem nagrody NOMIS Distinguished Scientist and Scholar Award.

Finansowanie: Badania zostały sfinansowane przez Wellcome Trust i Open Philanthropy.

O tych wiadomościach z badań nad komórkami macierzystymi i rozwojem układu nerwowego

Autor: Craiga Brierleya
Źródło: Uniwersytet Cambridge
Kontakt: Craiga Brierleya z Uniwersytetu Cambridge
Obraz: Obraz jest przypisywany do Neuroscience News

Orginalne badania: Dostęp zamknięty.
„Model poimplantacyjnego zarodka ludzkiego pochodzącego z pluripotencjalnych komórek macierzystych” autorstwa Magdaleny Zernickiej-Goetz i in. Natura

Abstrakcyjny

Model poimplantacyjnego zarodka ludzkiego pochodzącego z pluripotencjalnych komórek macierzystych

Embrion ludzki przechodzi przemiany morfogenetyczne po zagnieżdżeniu się w macicy, jednak nasza wiedza na temat tego kluczowego etapu jest ograniczona brakiem możliwości obserwacji zarodka na żywo. Modele zarodka pochodzące z komórek macierzystych są ważnymi narzędziami do badania zdarzeń rozwojowych i przesłuchów między tkankami podczas tych etapów.

Tutaj ustalamy model ludzkiego zarodka poimplantacyjnego, embrioida ludzkiego, składającego się z tkanek embrionalnych i pozazarodkowych.

Łączymy dwa typy komórek podobnych do pozazarodkowych, wytworzonych przez nadekspresję czynnika transkrypcyjnego, z zarodkowymi komórkami macierzystymi typu dzikiego i promujemy ich samoorganizację w struktury, które naśladują kilka aspektów embrionu ludzkiego po implantacji. Te samoorganizujące się agregaty zawierają pluripotencjalną domenę podobną do epiblastu otoczoną tkankami podobnymi do pozazarodkowych.

Nasze badania funkcjonalne pokazują, że domena podobna do epiblastu silnie różnicuje się do owodni, pozazarodkowego mezenchymu i pierwotnych komórek przypominających komórki rozrodcze w odpowiedzi na sygnały BMP. Ponadto identyfikujemy hamującą rolę SOX17 w specyfikacji komórek podobnych do przedniego hipoblastu.

Modulacja subpopulacji w przedziale hipoblastopodobnym wykazała, że ​​pozazarodkowe komórki podobne do epiblastów wpływają na różnicowanie domen podobnych do epiblastów, podkreślając funkcjonalny przesłuch między tkankami.

Podsumowując, przedstawiamy modułowy, łatwy w obróbce, zintegrowany model embrionu ludzkiego, który pozwoli nam zbadać kluczowe pytania dotyczące rozwoju poimplantacyjnego człowieka, krytycznego okna, w którym znaczna liczba ciąż kończy się niepowodzeniem.