Oamenii de știință de la Cambridge cresc embrioni „sintetici” cu creierul și inima care bate

Cercetătorii de la Universitatea din Cambridge au creat embrioni model sintetic cu creier, care bat inimi, cu potențialul de a crește alte organe din celule stem de șoarece. Cercetarea este prezentată ca o nouă modalitate de a recrea primele etape ale vieții.

O echipă de cercetători condusă de profesorul Magdalena Zernicka-Goetz a folosit celule stem pentru a dezvolta modelul embrionar, mai degrabă decât ovule sau spermatozoizi. Celulele stem sunt celule master care se pot dezvolta în aproape orice alt tip de celule din organism.

Embrionii model, cum ar fi cei crescuți de cercetători, ar putea ajuta la înțelegerea suplimentară a motivului pentru care unii embrioni continuă să se dezvolte într-o sarcină sănătoasă, în timp ce alții nu. Rezultatele ar putea fi, de asemenea, folosite pentru a ghida repararea și dezvoltarea organelor umane sintetice pentru a fi utilizate în transplanturi.

Pentru a crea embrionii, cercetătorii au imitat procesele naturale pentru a ghida trei tipuri de celule stem găsite în dezvoltarea timpurie a mamiferelor până când acestea au început să interacționeze. Cercetătorii ar putea determina celulele stem să „vorbească” între ele prin manipularea genelor și stabilirea mediului potrivit pentru celule.

De acolo, celulele stem s-au organizat în structuri care au dezvoltat inimile bătătoare și fundamentele creierului. De asemenea, au crescut sacul vitelin de unde embrionii primesc nutrienți în primele săptămâni de viață.

Mai întâi în cercetare, acești embrioni au ajuns într-un punct în care întregul creier, inclusiv porțiunea frontală, a început să se dezvolte. Niciun alt model derivat din celule stem nu a ajuns vreodată în acest stadiu.

Grupul profesorului Zernicka-Goetz din Cambridge a studiat aceste etape incipiente ale sarcinii timp de un deceniu. Vor să înțeleagă de ce unele sarcini eșuează și altele reușesc.

„Modelul de embrion de celule stem este important pentru că ne oferă accesibilitate la structura în curs de dezvoltare într-un stadiu care este în mod normal ascuns de noi datorită implantării embrionului mic în uterul mamei”, a spus Zernicka-Goetz. „Această accesibilitate ne permite să manipulăm genele pentru a înțelege rolurile lor de dezvoltare într-un sistem experimental model.”

„Modelul nostru de embrion de șoarece nu numai că dezvoltă un creier, ci și o inimă care bate, toate componentele care formează corpul”, a spus profesorul Zernicka-Goetz, care este profesor în Dezvoltarea mamiferelor și Biologie a celulelor stem la Departamentul de Cambridge. Fiziologie, dezvoltare și neuroștiință. „Este de necrezut că am ajuns atât de departe. Acesta a fost visul comunității noastre de ani de zile și obiectivul principal al muncii noastre timp de un deceniu și, în sfârșit, l-am făcut.”

Pentru ca un embrion uman să se dezvolte cu succes, țesuturile care vor deveni embrion și țesuturile care vor conecta embrionul de mamă trebuie să aibă un „dialog”. În prima săptămână după fertilizare, se dezvoltă trei tipuri de celule stem: una care va deveni țesuturile corpului și două care susțin dezvoltarea embrionului.

Unul dintre țesuturile care susțin dezvoltarea embrionului este placenta, care leagă fătul de mamă și furnizează oxigen și substanțe nutritive. Celălalt este sacul vitelin, unde embrionul crește și primește nutrienți din timpul dezvoltării timpurii.

Multe sarcini eșuează în momentul în care cele trei tipuri de celule stem încep să-și trimită semnale chimice și mecanice unul altuia. Profesorul Zernicka-Goetz, și profesor de biologie și inginerie biologică la Caltech, a explicat: „Atât de multe sarcini eșuează în această perioadă, înainte ca majoritatea femeilor să-și dea seama că sunt însărcinate. Această perioadă este baza pentru tot ce urmează în sarcină. Dacă merge prost, sarcina va eșua.”

Cercetătorii au descoperit că celulele extraembrionare semnalizează celulelor embrionare prin semnale chimice. Ei comunică, de asemenea, mecanic sau prin atingere, pentru a ghida dezvoltarea embrionului.

„Această perioadă a vieții umane este atât de misterioasă, așa că pentru a putea vedea cum se întâmplă într-un vas – pentru a avea acces la aceste celule stem individuale, pentru a înțelege de ce atât de multe sarcini eșuează și cum am putea preveni acest lucru. – este destul de special”, a spus Zernicka-Goetz. „Ne-am uitat la dialogul care trebuie să aibă loc între diferitele tipuri de celule stem în acel moment – ​​am arătat cum se întâmplă și cum poate merge prost.”

Modelul este, de asemenea, primul care semnalează dezvoltarea părții frontale a creierului și, într-adevăr, a întregului creier. „Acest lucru deschide noi posibilități de a studia mecanismele neurodezvoltării într-un model experimental”, a spus Zernicka-Goetz.

„De fapt, demonstrăm dovada acestui principiu în lucrare prin eliminarea unei gene deja cunoscută a fi esențială pentru formarea tubului neural, precursor al sistemului nervos și pentru dezvoltarea creierului și a ochilor. În absența acestei gene, embrionii sintetici prezintă exact defecte cunoscute în dezvoltarea creierului ca la un animal care poartă această mutație. Aceasta înseamnă că putem începe să aplicăm acest tip de abordare la numeroasele gene cu funcție necunoscută în dezvoltarea creierului.”

Cercetările actuale au fost efectuate pe modele de șoarece, dar cercetătorii dezvoltă modele umane similare. Acestea pot fi folosite pentru a genera anumite tipuri de organe pentru a înțelege procese care altfel ar fi imposibil de studiat în embrioni reali.

În prezent, legea britanică permite studierea embrionilor umani în laborator doar până în a 14-a zi de dezvoltare. Dacă metodele dezvoltate de echipa lui Zernicka-Goetz s-au dovedit a avea succes cu celulele stem umane în viitor, ele ar putea fi folosite și pentru a ghida dezvoltarea organelor sintetice pentru pacienții care așteaptă transplanturi.

Zernicka-Goetz a spus: „Există atât de mulți oameni în întreaga lume care așteaptă ani de zile pentru transplanturi de organe. Ceea ce face ca munca noastră să fie atât de interesantă este că cunoștințele rezultate din ea ar putea fi folosite pentru a crește organe umane sintetice corecte pentru a salva vieți care sunt pierdute în prezent. De asemenea, ar trebui să fie posibil să se afecteze și să se vindece organele adulte, folosind cunoștințele pe care le avem despre modul în care sunt făcute.”

Ea a adăugat: „Acesta este un pas incredibil înainte și a fost nevoie de 10 ani de muncă grea pentru mulți dintre membrii echipei mele – nu m-am gândit niciodată că vom ajunge în acest loc. Nu crezi niciodată că visele tale vor deveni realitate, dar au făcut-o.”

Citește povestea completă aici ...