ADVERTENTIE

Zouden synthetische embryo's het tijdperk van kunstmatige organen inluiden?   

WETENSCHAPPENBIOLOGIEZouden synthetische embryo's het tijdperk van kunstmatige organen inluiden?   

Wetenschappers hebben het natuurlijke proces van de embryonale ontwikkeling van zoogdieren in het laboratorium gerepliceerd tot het punt van ontwikkeling van hersenen en hart. Met behulp van stamcellen creëerden onderzoekers synthetische muizenembryo's buiten de baarmoeder die het natuurlijke ontwikkelingsproces in de baarmoeder tot dag 8.5 recapituleerden. Dit is een mijlpaal in de synthetische biologie. In de toekomst zal dit leidend zijn voor studies over menselijke synthetische embryo's, die op hun beurt kon inluiden in de ontwikkeling en productie van synthetische organen voor patiënten die op transplantatie wachten. 

Een embryo wordt gewoonlijk begrepen als een tussenliggende ontwikkelingsfase in het opeenvolgende natuurlijke voortplantingsverschijnsel, geïnitieerd door sperma dat een eicel ontmoet om een ​​zygote te vormen, die zich splitst om een ​​embryo te worden, gevolgd door ontwikkeling tot een foetus en een pasgeborene na voltooiing van de zwangerschap .  

Vooruitgang in embryonale celkernoverdracht zag het geval van het overslaan van de stap van bevruchting van een eicel door het sperma. In 1984 werd een embryo gecreëerd uit een ei waarin de oorspronkelijke haploïde kern werd verwijderd en vervangen door de kern van een embryonale donorcel die met succes werd ontwikkeld in een surrogaat om het eerste gekloonde babyschaap te baren. Met de perfectie van Somatic Cell Nuclear Transfer (SCNT), werd Dolly het schaap in 1996 gecreëerd uit een volwassen volwassen cel. Dit was het eerste geval van klonering van een zoogdier uit een volwassen cel. Dolly's zaak opende ook de mogelijkheid om gepersonaliseerde stamcellen te ontwikkelen. In beide gevallen werd geen sperma gebruikt, maar het was het ei (met de vervangen kern) dat uitgroeide tot embryo. Dus als zodanig waren deze embryo's nog steeds natuurlijk.  

Kunnen embryo's worden gemaakt zonder de betrokkenheid van zelfs een ei? Als dat zo is, zouden dergelijke embryo's zodanig synthetisch zijn dat er geen gameten (geslachtscellen) zouden worden gebruikt. Tegenwoordig worden dergelijke embryo's (of 'embryo-achtige' of embryoïden) routinematig gemaakt met behulp van embryonale stamcellen (ESC) en gekweekt in vitro in het labortorium.  

Bij zoogdieren hebben muizen een relatief korte periode (19-21 dagen) nodig om zich voort te planten, wat muizenembryo's een handig studiemodel maakt. Van de totale periode vóór implantatie is ongeveer 4-5 dagen, terwijl de overige 15 dagen (ongeveer 75% van het totaal) na implantatie zijn. Voor de ontwikkeling na implantatie moet het embryo in de baarmoeder worden geïmplanteerd, waardoor het ontoegankelijk is voor observatie van buitenaf. Deze afhankelijkheid van de baarmoeder van de moeder vormt een barrière bij het onderzoek.    

Het jaar 2017 was belangrijk in de geschiedenis van de embryocultuur van zoogdieren. Pogingen om synthetische muizenembryo's te maken kregen een boost toen onderzoekers duidelijk aantoonden dat embryonale stamcellen het vermogen hebben om zichzelf te assembleren en zichzelf te organiseren in vitro om embryo-achtige structuren te creëren die in belangrijke opzichten op natuurlijke embryo's leken1,2. Er waren echter beperkingen als gevolg van baarmoederbarrières. Het is routine om pre-implantatie-embryo's te kweken in vitro maar elk robuust platform voor de ex-utero-cultuur van muizenembryo's na implantatie (van eicilinderstadia tot geavanceerde organogenese) was niet beschikbaar. Een doorbraak om dit aan te pakken kwam vorig jaar in 2021 toen een onderzoeksteam een ​​kweekplatform presenteerde dat effectief was voor de post-implantatie-ontwikkeling van muizenembryo's buiten de baarmoeder van de moeder. Een embryo dat ex utero op dit platform was gekweekt, bleek precies te recapituleren iin de baarmoeder ontwikkeling3. Deze ontwikkeling overwon baarmoederbarrières en stelde onderzoekers in staat om post-implantatie morfogenese beter te begrijpen en heeft zo het synthetisch embryo-project in een vergevorderd stadium geholpen. 

Nu hebben twee onderzoeksgroepen gemeld dat er gedurende 8.5 dagen een synthetisch muizenembryo is gegroeid, wat de langste tot nu toe is. Dit was lang genoeg om verschillende organen (zoals het kloppend hart, de darmbuis, de neurale plooi enz.) te ontwikkelen. Deze laatste vooruitgang is werkelijk opmerkelijk.  

Zoals gerapporteerd in Cell op 1 augustus 2022, heeft het onderzoeksteam synthetische muisembryo's gegenereerd met alleen naïeve embryonale stamcellen (ESC's) buiten de baarmoeder van de moeder. Ze aggregeerden de stamcellen en verwerkten ze langdurig met behulp van het recent ontwikkelde kweekplatform ex-utero groei om na gastrulatie een synthetisch volledig embryo te krijgen met zowel embryonale als extra-embryonale compartimenten. Het synthetische embryo bereikte op bevredigende wijze mijlpalen voor het 8.5 dagen stadium van muizenembryo's. Deze studie benadrukt het vermogen van naïeve pluripotente cellen om zichzelf te assembleren en zelf te organiseren en het hele zoogdierembryo te modelleren voorbij gastrulatie4

In de meest recente studie die op 25 augustus 2022 in Nature werd gepubliceerd, gebruikten de onderzoekers ook extra-embryonale stamcellen om het ontwikkelingspotentieel van embryonale stamcellen (ESC) te vergroten. Ze assembleerden in vitro synthetische embryo's met behulp van muis-ESC's, TSC's en iXEN-cellen die de natuurlijke volledige embryonale ontwikkeling van de muis in de baarmoeder tot dag 8.5 recapituleerden. Dit synthetische embryo had voorhersenen en middenhersenen, een kloppende hartachtige structuur, een stam bestaande uit een neurale buis, een staartknop met neuromesodermale voorlopers, een darmbuis en primordiale kiemcellen. Het hele ding zat in een extra-embryonale zak5. In deze studie was de organogenese dus geavanceerder en opmerkelijker in vergelijking met de studie gerapporteerd in Cell op 1 augustus 2022. Misschien verhoogde het gebruik van twee soorten extra-embryonale stamcellen het ontwikkelingspotentieel van embryonale stamcellen in deze studie. Interessant is dat in het eerdere onderzoek alleen naïeve embryonale stamcellen (ESC's) werden gebruikt.  

Deze prestaties zijn werkelijk opmerkelijk, aangezien dit tot nu toe het verste punt is in studies met synthetische zoogdierembryo's. Het vermogen om een ​​zoogdierbrein te creëren is een belangrijk doel van de synthetische biologie geweest. Door het natuurlijke proces van embryonale ontwikkeling na implantatie in het laboratorium na te bootsen, wordt de baarmoederbarrière overwonnen en kunnen de onderzoekers de vroegste levensfasen bestuderen die normaal in de baarmoeder verborgen zijn.  

Ondanks ethische kwesties, zullen de resultaten in studies met synthetische muizenembryo's in de nabije toekomst als leidraad dienen voor studies op menselijke synthetische embryo's, wat zou kunnen leiden tot de ontwikkeling en productie van synthetische organen voor patiënten die wachten op transplantatie.  

*** 

Referenties:  

  1. Harrison SE c.s. 2017. Assemblage van embryonale en extra-embryonale stamcellen om embryogenese in vitro na te bootsen. WETENSCHAP. 2 maart 2017. Vol 356, uitgave 6334. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aal1810  
  1. Warmflash A. 2017. Synthetische embryo's: vensters in de ontwikkeling van zoogdieren. Cel Stamcel. Deel 20, uitgave 5, 4 mei 2017, pagina's 581-582. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2017.04.001   
  1. Aguilera-Castrejon, A., et al. 2021. Ex utero muizenembryogenese van pre-gastrulatie tot late organogenese. Natuur 593, 119-124. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03416-3  
  1. Tarazi S., et el 2022. Synthetische embryo's na gastrulatie gegenereerd ex utero uit muis-naïeve ESC's. Cel. Gepubliceerd: 01 augustus 2022. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.028 
  1. Amadei, G., c.s. 2022. Synthetische embryo's voltooien gastrulatie tot neurulatie en organogenese. Gepubliceerd: 25 augustus 2022. Natuur. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05246-3 

*** 

Umesh Prasad
Umesh Prasad
Hoofdredacteur, Scientific European

Schrijf je in voor onze Nieuwsbrief!

Om op de hoogte te blijven van het laatste nieuws, aanbiedingen en speciale aankondigingen.

- Advertentie -

Meest populaire artikelen

Hypertrofisch effect van uithoudingsvermogen en de mogelijke mechanismen

Uithoudingsvermogen, of "aërobe" oefening, wordt over het algemeen gezien als cardiovasculaire...

Is het SARS CoV-2-virus in het laboratorium ontstaan?

Er is geen duidelijkheid over de natuurlijke oorsprong van...
- Advertentie -
99,051FansLike
64,265volgersVolg
6,169volgersVolg
31abonneesInschrijven