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.“
Musíš byť prihlásený pre poslanie komentára.