Научниците го реплицираа природниот процес на развој на ембрионот кај цицачите во лабораторија до степен на развој на мозокот и срцето. Користејќи матични клетки, истражувачите создадоа синтетички ембриони на глувци надвор од матката кои го рекапитулираат природниот процес на развој во матката до 8.5. ден. Ова е пресвртница во синтетичката биологија. Во иднина, ова ќе ги води студиите за човечки синтетички ембриони, кои пак може вовед во развој и производство на синтетички органи за пациенти кои чекаат трансплантација.
Ембрионот обично се подразбира како средна развојна фаза во секвенцијалниот природен феномен на репродукција инициран од средбата на спермата со јајце клетката за да се формира зигот, кој се дели и станува ембрион, проследено со развој во фетус и новороденче по завршувањето на бременоста.
Напредокот во ембрионската клетка нуклеарен трансфер го видел примерот на прескокнување на чекорот на оплодување на јајце клетката од спермата. Во 1984 година, ембрионот беше создаден од јајце клетка во која неговото првобитно хаплоидно јадро беше отстрането и заменето со јадрото на ембрионската клетка донаторска која успешно беше подложена на развој во сурогат за да го роди првото клонирано бебе овца. Со совршенството на нуклеарниот пренос на соматски клетки (SCNT), овцата Доли беше создадена во 1996 година од зрела возрасна клетка. Ова беше прв случај на клонирање на цицач од возрасна клетка. Случајот на Доли ја отвори и можноста за развој на персонализирани матични клетки. Во двата случаи, спермата не била користена, но јајце клетката (со заменетото јадро) пораснала за да стане ембрион. Така, како такви, овие ембриони сè уште беа природни.
Дали може да се создадат ембриони без вклучување дури и на јајце? Ако е така, таквите ембриони би биле синтетички до тој степен што нема да се користат гамети (полови клетки). Овие денови, таквите ембриони (или „слични на ембриони“ или ембриоиди) рутински се создаваат со помош на ембрионски матични клетки (ESC) и се култивираат ин витро во лабораторијата.
Кај цицачите, на глувците им треба релативно краток период (19-21 ден) за да се размножуваат, што го прави ембрионот на глувчето удобен модел за проучување. Од вкупниот број, периодот пред имплантација е околу 4-5 дена додека останатите 15 дена (околу 75% од вкупниот број) се по имплантација. За развој по имплантација, ембрионот треба да се всади во матката што го прави недостапен за надворешно набљудување. Оваа зависност од мајчината матка наметнува бариера во истрагата.
2017 година беше значајна во историјата на културата на ембрионите на цицачите. Напорите да се создадат синтетички ембриони од глушец добија напор кога истражувачите јасно покажаа дека ембрионските матични клетки имаат способност да се соберат и да се самоорганизираат ин витро за да се создадат структури слични на ембриони кои на важни начини личат на природни ембриони1,2. Сепак, имаше ограничувања кои произлегуваа од матката бариери. Рутински е да се одгледува ембрион пред имплантација ин витро но секоја робусна платформа за ex-utero култура на пост-имплантационен ембрион на глушец (од фазите на цилиндрите на јајцето до напредната органогенеза) беше недостапна. Пробив за решавање на ова дојде минатата година во 2021 година, кога истражувачки тим претстави платформа за култура која беше ефикасна за пост-имплантациониот развој на ембрионот на глувчето надвор од мајчината матка. Откриено е дека ембрионот израснат на оваа платформа ex utero прецизно го рекапитулира in utero развој3. Овој развој ги надмина бариерите на матката и им овозможи на истражувачите подобро да ја разберат пост-имплантациската морфогенеза и на тој начин им помогна на проектот за синтетички ембрион да дојде во напредна фаза.
Сега, две истражувачки групи објавија дека расте синтетички ембрион на глушец за 8.5 дена, што е најдолго досега. Ова беше доволно долго за различно органи (како што чука срцето, цревната цевка, нервниот набор итн.) да се развиле. Овој најнов напредок е навистина извонреден.
Како што е објавено во Cell на 1 август 2022 година, истражувачкиот тим генерирал синтетички ембриони на глувци користејќи само наивни ембрионски матични клетки (ESC) надвор од мајчината матка. Тие ги коагрегираа матичните клетки и ги обработуваа користејќи ја неодамна развиената платформа за култура долго време ex-utero раст за да се добие пост-гаструлациски синтетички цел ембрион со ембрионски и вонембрионски оддели. Синтетичкиот ембрион задоволително постигна пресвртници за 8.5 дневна фаза на ембриони на глувци. Оваа студија ја нагласува способноста на наивните плурипотентни клетки да се самособерат и самоорганизираат и да го моделираат целиот ембрион на цицачи надвор од гаструлацијата4.
Во најновата студија објавена во Nature на 25 август 2022 година, истражувачите користеа и вонембрионски матични клетки за да го прошират развојниот потенцијал на ембрионските матични клетки (ESC). Тие собраа синтетички ембриони ин витро користејќи ESCs, TSCs и iXEN клетки од глушец кои го рекапитулираа природниот целосен ембрионски развој на глувчето во матката до 8.5-тиот ден. Овој синтетички ембрион имаше дефинирани региони на предниот и средниот мозок, структура слична на срце кое чука, стебло што се состои од неврална туба, опашка пупка која содржи невромезодермални прогенитори, цревна цевка и исконски герминативни клетки. Целата работа беше во екстра-ембрионска кеса5. Така, во оваа студија, органогенезата беше понапредна и позначајна во однос на студијата објавена во Cell на 1 август 2022 година. Можеби, употребата на два типа на екстра-ембрионални матични клетки го подобрија развојниот потенцијал на ембрионските матични клетки во оваа студија. Интересно е што во претходната студија беа користени само наивни ембрионални матични клетки (ESCs).
Овие достигнувања се навистина извонредни бидејќи ова е најдалечната точка досега во студиите за синтетички ембриони од цицачи. Способноста да се создаде мозок на цицач е главна цел на синтетичката биологија. Повторното создавање на природниот процес на пост-имплантациски развој на ембрионот во лабораторија ја надминува матката бариера и им овозможува на истражувачите да ги проучуваат најраните фази од животот кои вообичаено се скриени во матката.
И покрај етичките прашања, достигнувањата во студиите за синтетички ембрион на глувци ќе ги водат студиите за човечки синтетички ембриони во блиска иднина, што би можело да доведе до развој и производство на синтетички органи за пациенти кои чекаат трансплантација.
***
Референци:
- Харисон С.Е и сор 2017. Составување на ембрионски и екстраембрионски матични клетки за имитирање на ембриогенеза ин витро. НАУКА. 2 март 2017 година. Том 356, број 6334. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aal1810
- Warmflash A. 2017. Синтетички ембриони: Windows во развој на цицачи. Клеточна матична клетка. Том 20, број 5, 4 мај 2017 година, страници 581-582. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2017.04.001
- Агилера-Кастрехон, А., и сор. 2021. Ex utero ембриогенеза на глувци од пред-гаструлација до доцна органогенеза. Природа 593, 119–124. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03416-3
- Тарази С., и др 2022. Пост-гаструлациски синтетички ембриони генерирани ex utero од наивни ESC на глувци. Ќелија. Објавено: 01 август 2022 година. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.028
- Амадеи, Г., и сор 2022. Синтетичките ембриони комплетна гаструлација до неврулација и органогенеза. Објавено: 25 август 2022. Природа. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05246-3
***
