Boha už nepotrebujeme, ani otca a mamu – Progres na všetkých frontoch.
Izraelskí vedci vyrábajú syntetické embryo bez oplodneného vajíčka – štúdia.
Metóda otvára nové obzory pre štúdium toho, ako kmeňové bunky tvoria rôzne orgány vo vyvíjajúcom sa embryu a možno jedného dňa umožní pestovať tkanivá a orgány na transplantáciu.
V štúdii Weizmann Institute of Science v Rehovote, ktorá bola nedávno publikovaná v Cell pod názvom „Ex utero syntetické embryá“, boli embryonálne modely myší vytvorené mimo maternice výlučne s kmeňovými bunkami kultivovanými v Petriho miske – teda bez použitie oplodnených vajíčok. Výskumníci vyvinuli štruktúry podobné embryu odvodené od myších embryonálnych kmeňových buniek (ESC) z ex-utero, ktoré sa nazývajú syntetické embryá.
Izraelskí vedci pestujú modely ľudských embryí z kmeňových buniek
Metóda otvára nové obzory pre štúdium toho, ako kmeňové bunky tvoria rôzne orgány vo vyvíjajúcom sa embryu a možno jedného dňa umožní pestovať tkanivá a orgány na transplantáciu pomocou modelov syntetických embryí. Embryo malo na ôsmy deň svojej existencie bijúce srdce, žĺtkový vak, placentu a vznikajúci krvný obeh.
„Embryo je najlepší stroj na výrobu orgánov a najlepšia 3D biotlačiareň – pokúsili sme sa napodobniť to, čo robí,“ povedal profesor Jacob Hanna z Weizmannovho oddelenia molekulárnej genetiky, ktorý viedol výskumný tím. Vysvetlil, že vedci už vedia, ako obnoviť zrelé bunky so špecifickými funkciami do neprogramovaného stavu „kmene“ – priekopníci tohto bunkového preprogramovania za to získali Nobelovu cenu už v roku 2012.
Ale ísť opačným smerom – prinútiť kmeňové bunky, aby sa diferencovali na špecializované telesné bunky a dokonca vytvorili celé orgány, sa ukázalo oveľa ťažšie. „Až doteraz sa vo väčšine štúdií špecializované bunky často buď ťažko vyrábali, alebo boli abnormálne, a mali tendenciu vytvárať mišmaš namiesto dobre štruktúrovaného tkaniva vhodného na transplantáciu. Podarilo sa nám prekonať tieto prekážky uvoľnením potenciálu samoorganizácie zakódovaného v kmeňových bunkách,“ povedala Hanna.
Jej tím staval na dvoch predchádzajúcich pokrokoch, ktoré dosiahol v jeho laboratóriu. Jedným z nich bola účinná metóda na preprogramovanie kmeňových buniek späť do naivného stavu – teda do ich najskoršieho štádia – keď majú najväčší potenciál špecializovať sa na rôzne typy buniek. Druhá, publikovaná v Naturev marci 2021 bolo elektronicky riadené zariadenie, ktoré tím vyvinul počas siedmich rokov na pestovanie prirodzených myších embryí mimo maternice.
Zariadenie udržuje embryá kúpané v živnom roztoku vo vnútri kadičiek, ktoré sa nepretržite pohybujú, simulujúc spôsob, akým sa živiny dodávajú materiálovým prietokom krvi do placenty, a dôkladne kontroluje výmenu kyslíka a atmosférický tlak. V predchádzajúcom výskume tím úspešne použil toto zariadenie na pestovanie prirodzených myších embryí od piateho dňa do 11. dňa.
Ako vytvoriť syntetické embryo
V novej štúdii sa tím rozhodol pestovať model syntetického embrya výlučne z naivných myších kmeňových buniek, ktoré sa roky kultivovali v Petriho miske, čím sa eliminuje potreba začať s oplodneným vajíčkom . „Tento prístup je mimoriadne cenný, pretože by mohol do značnej miery obísť technické a etické problémy spojené s používaním prirodzených embryí vo výskume a biotechnológiách.
Dokonca aj v prípade myší nie je možné vykonať určité experimenty, pretože by si vyžadovali tisíce embryí, zatiaľ čo prístup k modelom odvodeným z myších embryonálnych buniek, ktoré rastú v laboratórnych inkubátoroch po miliónoch, je prakticky neobmedzený,“ povedala Hanna.
Pred umiestnením kmeňových buniek do zariadenia ich vedci rozdelili do troch skupín. V jednom, ktorý obsahoval bunky určené na vývoj do samotných embryonálnych orgánov, boli bunky ponechané tak, ako boli. Bunky v ďalších dvoch skupinách boli vopred ošetrené iba 48 hodín, aby nadmerne exprimovali jeden z dvoch typov génov: hlavné regulátory buď placenty alebo žĺtkového vaku.
Čoskoro po zmiešaní vo vnútri zariadenia sa tri skupiny buniek spojili do agregátov, z ktorých veľká väčšina sa nedokázala správne vyvinúť. Ale asi 0,5 percenta – 50 z približne 10 000 – prešlo do vytvorenia guľôčok, z ktorých každá sa neskôr stala predĺženou štruktúrou podobnou embryu. Keďže vedci označili každú skupinu buniek inou farbou, mohli pozorovať, ako sa placenta a žĺtkové vaky tvoria mimo embryí a vývoj modelu prebieha ako v prirodzenom embryu.
Tieto syntetické modely sa vyvíjali normálne až do dňa 8,5 – takmer polovice 20-dňovej gravidity u myší – v tomto štádiu sa vytvorili všetky rané progenitory orgánov, vrátane tlčiaceho srdca, krvného obehu kmeňových buniek, mozgu s dobre tvarovanými záhybmi, nervových buniek . trubice a črevného traktu.
Rastúca myšacia neurálna kmeňová bunka
V porovnaní s prirodzenými myšacími embryami vykazovali syntetické modely 95% podobnosť v tvare vnútorných štruktúr a vzorcoch génovej expresie rôznych typov buniek. Orgány videné v modeloch dávali všetky známky toho, že sú funkčné.
Pre Hannu a ďalších výskumníkov v oblasti kmeňových buniek a embryonálneho vývoja predstavuje štúdia novú výzvu. „Našou ďalšou výzvou je pochopiť, ako kmeňové bunky vedia, čo majú robiť – ako sa samy zostavujú do orgánov a nachádzajú si cestu k prideleným miestam v embryu. A keďže je náš systém na rozdiel od maternice transparentný, môže sa ukázať ako užitočný pri modelovaní defektov pri narodení a implantácii ľudských embryí.“
Okrem pomoci pri znižovaní používania zvierat vo výskume by sa modely syntetických embryí mohli v budúcnosti stať spoľahlivým zdrojom buniek, tkanív a orgánov na transplantáciu.
Podľa Hanny „namiesto vývoja iného protokolu na pestovanie každého typu buniek – napríklad buniek obličiek alebo pečene – môžeme jedného dňa vytvoriť syntetický model podobný embryu a potom izolovať bunky, ktoré potrebujeme. Nebudeme musieť diktovať vznikajúcim orgánom, ako sa musia vyvíjať. Najlepšie to robí samotné embryo.“
Ďakujeme, že ste našimi čitateľmi.
Sledujte nás na Telegrame aj na Facebooku.
Musíš byť prihlásený pre poslanie komentára.