A szintetikus embriómodellek lehetővé tehetik a növekvő szervek transzplantációját

Köszönetnyilvánítás: Weizmann Tudományos Intézet

Pete, sperma vagy méh nélkül: szintetikus egérembrió modellek kizárólag őssejtekből

A petesejt találkozik a spermával – ez az első lépés a korai életben. Ez az embrionális fejlődési kutatások általános első lépése is. Egy új tanulmányban azonban, amely 2022. augusztus 1-jén jelent meg a folyóiratban Sejt, a Weizmann Institute of Science kutatói egerek szintetikus embriómodelljeit az anyaméhen kívül növesztették, kizárólag Petri-csészében növesztett őssejtekből kiindulva. Ez azt jelenti, hogy megtermékenyített peték használata nélkül termesztik őket. Ez a módszer új távlatokat nyit meg annak tanulmányozására, hogy az őssejtek hogyan alkotnak különböző szerveket a fejlődő embrióban. Egy napon lehetségessé válhat az is, hogy szintetikus embriómodellek segítségével szöveteket és szerveket növesztjenek átültetés céljából.


Szintetikus egérembrió modellt bemutató videó a fejlődésének 8. napján; van dobogó szíve, tojássárgája, méhlepénye és kialakuló keringési rendszere.

„Az embrió a legjobb szervkészítő gép és a legjobb 3D-s bionyomtató – igyekeztünk megfelelni annak, amit csinál” – mondta Prof. Jacob Hanna, Weizmann Molekuláris Genetikai Tanszékének munkatársa, a kutatócsoport vezetője.

Hanna elmagyarázza, hogy a tudósok már tudják, hogyan állítsák vissza a felnőtt sejteket „szárba”. Valójában ennek a sejt-átprogramozásnak az úttörői 2012-ben Nobel-díjat nyertek. Sokkal nehezebbnek bizonyult az ellenkező irányba haladni, vagyis elérni, hogy az őssejteket speciális testsejtekké, nem is beszélve a teljes szervekké differenciálódjanak.

“Eddig a legtöbb tanulmányban a speciális sejteket gyakran nehéz volt előállítani, vagy aberránsak voltak, és inkább egy csomót alkottak, mintsem jól strukturált, transzplantációra alkalmas szövetet. Sikerült leküzdenünk ezeket az akadályokat.” az önszerveződés felszabadításával az őssejtekben kódolt potenciál.”

A szintetikus egérembrió kutatói

(balról jobbra): Dr. Noa Novershtern, Prof. dr. Jacob Hanna, Alejandro Aguilera-Castrejon, Shadi Tarazi és Carine Joubran. Köszönetnyilvánítás: Weizmann Tudományos Intézet

Hanna csapata a laborjában végzett két korábbi fejlesztésre épített. Az egyik hatékony módszer volt az őssejtek naiv állapotba – vagyis a legkorábbi stádiumukba – visszaprogramozására, amikor a legnagyobb lehetőségük van arra, hogy különböző sejttípusokra szakosodjanak. A másik, egy tudományos cikkben leírtak Természet 2021 márciusában az elektronikusan vezérelt eszköz, amelyet a csapat próba-hibával hét éven keresztül fejlesztett ki, természetes egérembriók méhen kívüli termesztésére szolgált. A készülék tápoldatban fürdetve tartja az embriókat folyamatosan mozgó főzőpoharakban, szimulálja a tápanyagok anyagi véráramlással a méhlepénybe történő eljuttatását, valamint szorosan figyeli az oxigéncserét és a légköri nyomást. Az előző tanulmányban a csapat sikeresen használta ezt az eszközt természetes egérembriók termesztésére az 5. naptól a 11. napig.


Íme, hogyan termesztettek szintetikus egérembrió modelleket az anyaméhen kívül: egy videó, amely az eszközt működés közben mutatja be. A folyamatosan mozgó csészék a természetes tápanyagellátást szimulálják, miközben szorosan szabályozzák az oxigéncserét és a légköri nyomást.

Az új tanulmányban a csapat szintetikus embriómodellt akart kifejleszteni kizárólag naiv egér őssejtekből, amelyeket éveken át növesztettek Petri-csészében, így nem kellett megtermékenyített petesejttel kezdeni. Ez a megközelítés rendkívül értékes, mert nagyrészt megkerülheti a természetes embriók kutatási és biotechnológiai felhasználásával kapcsolatos technikai és etikai kérdéseket. Egyes kísérletek jelenleg még az egerek esetében is kivitelezhetetlenek, mert több ezer embriót igényelnének, miközben a laboratóriumi inkubátorokban milliószámra nőtt egérembrionális sejtekből származó modellekhez való hozzáférés gyakorlatilag korlátlan.

“Az embrió a legjobb szervkészítő gép és a legjobb 3D-s bionyomtató – igyekeztünk megfelelni annak, amit csinál.”

Mielőtt az őssejteket a készülékbe helyezték volna, a kutatók három csoportra osztották őket. Az egyikben, amely olyan sejteket tartalmazott, amelyek maguktól embrionális szervekké fejlődtek, a sejteket úgy hagyták, ahogy voltak. A másik két csoport sejtjeit mindössze 48 órán át előkezelték, hogy túltermeljék a kétféle gén egyikét: a placenta vagy a tojássárgája zsák fő szabályozóit. “E két sejtcsoportnak átmeneti lökést adtunk az embrion kívüli szövetek létrehozásához, amelyek támogatják a fejlődő embriót” – mondja Hanna.

Szintetikus egérembrió modellek fejlesztése

Szintetikus embriómodellek fejlesztése az 1. naptól (bal fent) a 8. napig (jobbra lent). Valamennyi korai szervi ősük kialakult, beleértve a dobogó szívet, a kialakuló vérkeringést, az agyat, a neurális csövet és a bélrendszert. Köszönetnyilvánítás: Weizmann Tudományos Intézet

Röviddel az eszközben való keverés után a három sejtcsoport összeállt, és aggregátumokat alkotott, amelyek túlnyomó többsége nem fejlődött megfelelően. De körülbelül 0,5 százalék – a körülbelül 10 000-ből 50 – gömbökké alakult, amelyekből később mindegyik megnyúlt, embriószerű szerkezet lett. Mivel a kutatók minden sejtcsoportot más-más színnel jelöltek meg, láthatták az embriókon kívül kialakuló méhlepényt és tojássárgájatasakokat, és a modell fejlődése úgy zajlott, mint egy természetes embrióban. Ezek a szintetikus modellek a 8,5 napig normálisan fejlődtek – az egér 20 napos vemhességének közel feléig -, amikor is kialakult az összes korai szervi prekurzor, beleértve a dobogó szívet, a vér őssejt keringését, az agyat jó alakú ráncokkal, egy idegcső és egy bélrendszer. A természetes egérembriókhoz képest a szintetikus modellek 95 százalékos hasonlóságot mutattak mind a belső struktúrák alakjában, mind a különböző sejttípusok génexpressziós mintázataiban. A modellekben látható szervek minden jelet adtak arra, hogy működőképesek.

Egér embrió 8. nap

8. nap egy egérembrió életében: szintetikus modell (fent) és természetes embrió (lent). A szintetikus modellek 95 százalékos hasonlóságot mutattak mind a belső struktúrák alakjában, mind a különböző sejttípusok génexpressziós mintázataiban. Köszönetnyilvánítás: Weizmann Tudományos Intézet

Hanna és más, az őssejt- és embrionális fejlődéssel foglalkozó kutatók számára a tanulmány új színteret mutat be: “Következő kihívásunk az, hogy megértsük, hogyan tudják az őssejtek, mit kell tenniük – hogyan épülhetnek fel szervekké, és hogyan találják meg az utat a kijelölt részükhöz. És mivel a szervezetünk a méhtől eltérően átlátszó, hasznos lehet az emberi embriók születési és beágyazódási rendellenességeinek modellezésére.”

Amellett, hogy a szintetikus embriómodellek hozzájárulnak az állatok kutatási célú felhasználásának csökkentéséhez, a jövőben a sejtek, szövetek és szervek megbízható forrásává válhatnak az átültetéshez. „Ahelyett, hogy az egyes sejttípusok – például vese vagy máj – tenyésztésére más protokollt dolgoznánk ki, egy napon létrehozhatunk egy szintetikus embriószerű modellt, majd izolálhatjuk a szükséges sejteket. Nem mondjuk el a feltörekvő szerveknek, hogyan fejlődjenek, az embrió maga teszi ezt a legjobban.”

Innovatív módszer szintetikus egérembrió modellek tenyésztésére őssejtekből

Prof. Jacob Hanna laboratóriumában kidolgoztak egy diagramot, amely bemutatja a szintetikus egérembrió modellek őssejtekből történő tenyésztésének innovatív módszerét – petesejt, spermium vagy méh nélkül. Köszönetnyilvánítás: Weizmann Tudományos Intézet

Hivatkozás: Shadi Tarazi, Alejandro Aguilera-Castrejon, Carine Joubran, Nadir Ghanem, Shahd Ashouokhi, Francesco Roncato, Emilie Wildschutz, C. Bernar Oldzd, C. Bernar Gotme, El. Nir Livnat, Sergey Viukov, Dmitry Lukshtanov, Segev Naveh-Tassa, Max Rose, Suhair Hanna, Calanit Raanan, Ori Brenner, Merav Kedmi, Hadas Keren-Shaul, Tsvee Lapidot, Itay Maza, Noa Novershtern és Jacob H. Hanna, augusztus 1. , 2022, Sejt.
DOI: 10.116/j.cell.2022.07.028

A kutatást Shadi Tarazi, Alejandro Aguilera-Castrejon és Carine Joubran vezette, a Weizmann Molekuláris Genetikai Tanszékéről. A vizsgálatban részt vett Shahd Ashouokhi, Dr. Francesco Roncato, Emilie Wildschutz, Dr. Bernardo Oldak, Elidet Gomez-Cesar, Nir Livnat, Sergey Viukov, Dmitry Lokshtanov, Segev Naveh-Tassa, Max Rose és Dr. Noa Novershtern, a Weizmann molekuláris genetikai osztályának munkatársa; Montaser Haddad és Prof. Tsvee Lapidot, a Weizmann Immunológiai és Regeneratív Biológiai Tanszékéről; dr. Merav Kedmi, a Weizmann Life Sciences Core Facilities Department részlegéről; dr. Hadas Keren-Shaul, a Nancy és Stephen Grand Izraeli Személyre szabott Orvostudományi Nemzeti Központ; és dr. Nadir Ghanem, Dr. Suhair Hanna és Dr. Itay Maza a Rambam Egészségügyi Campusról.

Prof. Jacob Hanna kutatásait támogatja a dr. Barry Sherman Orvosi Kémiai Intézet; a Helen és Martin Kimmel Őssejtkutató Intézet; valamint Pascal és Ilana Mantoux.

Leave a Comment

%d bloggers like this: