_ Embrionii umani sintetici permit cercetătorilor să studieze dezvoltarea timpurie, evitând în același timp obstacolele etice și logistice

Dezvoltarea embrionară, cunoscută și sub numele de embriogeneză, este o piatră de temelie în înțelegerea originilor vieții. Dar studiul acestei minuni a proceselor biologice complexe și stratificate la oameni se confruntă cu provocări considerabile. Embrionii umani în stadiu incipient sunt dificil de obținut. Apoi, există probleme etice în jurul utilizării lor. Acest lucru a făcut dificil pentru oamenii de știință să înțeleagă dezvoltarea umană timpurie.

Cu toate acestea, progresele în inginerie genetică și biologie moleculară și celulară au catalizat apariția embriologiei sintetice, un subdomeniu dedicat replicării și studierii dezvoltării embrionare într-un vase Petri folosind celule stem umane. Oferind noi instrumente pentru a explora primele etape enigmatice ale dezvoltării umane, embriologia sintetică poate ajuta cercetătorii să depășească provocările legate de utilizarea embrionilor umani reali.

În calitate de biolog al reproducerii și dezvoltării, dezvolt modele de celule stem pentru embriogeneză. Cu aceste noi modele, cercetătorii pot, de asemenea, să înțeleagă mai bine condițiile care afectează reproducerea și dezvoltarea umană, precum și sănătatea materno-fetală, ceea ce poate duce la noi terapii.

Embriogeneza începe cu fertilizarea unui ovul. Acest lucru determină oul să se dividă rapid în celule embrionare care formează în curând o masă celulară interioară care în cele din urmă se dezvoltă în făt și un strat exterior de celule care va da naștere la placenta.

La implantare în uter, masa celulară interioară se dezvoltă în cele trei straturi care vor crea toate țesuturile și organele corpului uman. În același timp, placenta începe să se formeze pe măsură ce embrionul se atașează de peretele uterin, un pas crucial pentru conexiunea materno-fetală. Acest atașament permite transferul de nutrienți, oxigen și deșeuri între mamă și făt.

Embriologia sintetică recreează artificial aceste etape de dezvoltare folosind celule stem pluripotente umane derivate din embrioni umani sau induse din celule umane adulte. La fel ca celulele embrionare timpurii, aceste celule au capacitatea de a se dezvolta în orice tip de celulă din corpul uman. În medii de laborator atent proiectate, cercetătorii pot convinge aceste celule să formeze structuri multicelulare care imită diferite stadii de dezvoltare embrionare, inclusiv formarea timpurie a organelor.

Cercetătorii au creat primul model de embrion uman din celule stem embrionare în 2014. Acest pionierat. modelul, numit și gastruloid, a surprins aspecte cheie ale dezvoltării umane timpurii și a arătat că oamenii de știință pot conduce celulele stem pluripotente pentru a forma straturi modelate care fac ecoul celor trei straturi germinale și ale straturilor exterioare ale embrionului.

Gastruloizii sunt ușori. pentru a replica și măsura atunci când se studiază evenimentele timpurii în dezvoltare. Acești gastruloizi 2D pot ajuta, de asemenea, cercetătorii să identifice și să imagineze cu precizie celulele embrionare. Cu toate acestea, acestui model îi lipsește structura complexă 3D și interacțiunile celulare spațiale observate în embriogeneza naturală.

De la primul gastruloid, domeniul a făcut progrese substanțiale.

De-a lungul anilor, diverse modele au fost capabili să reproducă diferite fațete ale embriogenezei umane, cum ar fi dezvoltarea sacului amniotic, formarea stratului germinativ și organizarea planului corporal. Cercetătorii au dezvoltat, de asemenea, modele specifice organelor pentru dezvoltarea timpurie a organelor, cum ar fi un model care surprinde evenimentele cheie ale dezvoltării neuronale și organoizii pulmonari fetali care imită procesul de formare a plămânilor.

Cu toate acestea, niciunul dintre aceste modele nu este complet. surprinde întregul proces al unui singur tip de celule care se dezvoltă în structura completă a unui întreg embrion.

O descoperire semnificativă a avut loc în 2021, când mai multe grupuri de cercetare au folosit cu succes celule stem pluripotente umane cu potențial de dezvoltare mai mare pentru a crea blastoizi, care seamănă cu embrionii în stadiu incipient înainte de implantare. Blastoizii se formează într-un mod similar cu embrionii umani, pornind de la doar câteva celule care proliferează și se organizează.

Asemănarea de dezvoltare și structurală a blastoidelor cu embrionii îi face utile pentru studierea etapelor incipiente ale formării embrionilor. , mai ales înainte de a se atașa de uter. Blastoizii pot adera la vasele de laborator și pot suferi o creștere suplimentară. De asemenea, pot imita implantarea embrionului în uter, integrându-se cu celulele endometriale materne și dezvoltându-se în stadii embrionare ulterioare după implantare.

Recent, cercetătorii au creat cu succes modele mai complexe în laborator care imită ceea ce se întâmplă după atașarea embrionilor. până la uter. Două echipe de cercetare au folosit celule special concepute pentru a crea structuri similare cu cele ale embrionilor umani la aproximativ o săptămână postimplantare. Aceste modele sunt, de asemenea, capabile să formeze celulele care, în cele din urmă, se transformă în spermatozoizi și ovule la oameni, oglindind ceea ce se întâmplă în dezvoltarea naturală.

Un alt grup de cercetare a reușit, de asemenea, să creeze un model similar din celule stem pluripotente fără a fi nevoie să fie nevoie. pentru a le modifica genetic. Acest model este capabil să imite chiar și etapele ulterioare de dezvoltare și începutul formării sistemului nervos.

În domeniul evolutiv al embriologiei sintetice, niciun model nu poate surprinde perfect toate aspectele embriogenezei. În consecință, obiectivul nu este să ne jucăm cu Dumnezeu, creând viață într-o cutie Petri, ci mai degrabă să ne îmbunătățim înțelegerea despre noi înșine. Acest obiectiv subliniază importanța alegerii cu atenție a modelului care se potrivește cel mai bine obiectivelor specifice de cercetare la îndemână.

De exemplu, munca mea anterioară s-a concentrat pe anomaliile cromozomiale în dezvoltarea umană timpurie. Aneuploidia, sau celulele cu un număr anormal de cromozomi, este o cauză principală a pierderii sarcinii. Dar cunoștințele științifice despre modul în care aceste celule anormale afectează sarcina și dezvoltarea fătului sunt foarte limitate.

Deoarece gastruloizii pot modela în mod eficient aceste aspecte ale dezvoltării timpurii, acest sistem ar putea fi ideal pentru studiul aneuploidiei în dezvoltarea timpurie. Acesta permite cercetătorilor să urmărească și să analizeze cu precizie modul în care celulele aneuploide se comportă și modul în care acestea afectează procesele de dezvoltare.

Folosind acest model, echipa mea și cu mine am descoperit că celulele cu anomalii cromozomiale au mai multe șanse să se maturizeze în celule placentare și sunt probabil eliminate în timpul dezvoltării celulelor fetale. Această descoperire oferă o perspectivă semnificativă asupra motivului pentru care bebelușii cu un număr normal de cromozomi se pot naște sănătoși chiar și cu aneuploidie detectată în timpul sarcinii. Astfel de descoperiri sunt valoroase pentru îmbunătățirea metodelor de diagnostic și prognostic în îngrijirea prenatală.

Modelele viitoare care reproduc mai complet structurile embrionare și oglindesc mai îndeaproape evenimentele biologice nu numai că vor avansa înțelegerea fundamentelor dezvoltării timpurii, ci și vor păstra foarte bine. potenţial în abordarea problemelor clinice. Cercetătorii le pot folosi pentru a modela boli și pentru a dezvolta medicamente pentru viața timpurie sau afecțiuni genetice. Aceste modele sunt, de asemenea, neprețuite pentru studiul formării țesuturilor în medicina regenerativă. Crearea de modele de embrioni din celulele proprii ale pacientului ar putea permite, de asemenea, cercetătorilor să studieze genetica dezvoltării și să ajute la personalizarea tratamentelor.

Cheia progresului în domeniul embriologiei sintetice este aderarea neclintită la standardele și reglementările etice. În mod crucial, aceste modele de embrioni nu sunt nici sintetici, nici embrioni reali. Societatea Internațională de Cercetare a Celulelor Stem interzice cu strictețe transferul acestor modele de embrioni în uterul unui om sau al unui animal. Deși aceste modele imită anumite trăsături ale stadiilor timpurii de dezvoltare, ele nu pot și nu se vor dezvolta în echivalentul unui copil uman după naștere. Întemeierea cercetării pe justificări solide și supraveghere va contribui la asigurarea faptului că explorarea științifică a structurii vieții este efectuată cu cel mai mare respect și responsabilitate.

Prin îmbrățișarea complexității și potențialului embriologiei sintetice, cercetătorii se află în pragul o nouă eră în înțelegerea biologică și sunt gata să dezvăluie misterele vieții însăși.

Acest articol este republicat din The Conversation sub o licență Creative Commons. Citiți articolul original.

(Fluierul)