Nye fremskridt inden for stamcelle-afledte museembryomodeller

Blot to uger efter at have annonceret udviklingen af ​​en museembryomodel, komplet med bankende hjerter og grundlaget for en hjerne og andre organer, fra musestamceller, forsker forskere i laboratoriet hos Magdalena Zernicka-Goetz, Bren professor i biologi og biologisk ingeniørvidenskab, har offentliggjort nye resultater om en anden museembryomodel, der nåede lignende udviklingsstadier, men skabt ud fra kun museembryonale stamceller. Denne modifikation har forenklet protokollen og gør embryomodellen nemmere at blive adopteret i andre laboratorier.

Den nye undersøgelse vises i tidsskriftet Cell Stem Cell den 8. september. Forskningen blev ledet af kandidatstuderende Kasey Lau og Hernan Rubinstein fra henholdsvis University of Cambridge og Weizmann Institute of Science.

"Denne opdagelse åbner nye veje til at forstå, hvorfor det store flertal af menneskelige graviditeter går tabt, og for at skabe viden, der vil forhindre dette i at ske," siger Zernicka-Goetz, der også er professor i pattedyrs udvikling og stamcellebiologi ved Cambridge University i Institut for Fysiologi, Udvikling og Neurovidenskab. "Denne viden vil også give os mulighed for med tiden at reparere væv og organer meget mere effektivt, end vi kan gøre nu."

"Efterhånden som vi udvikler disse modeller yderligere, vil vi lære mere om de signaler, der initierer og guider udviklingen af ​​organer, hvilket vil give os veje til at hjælpe med at generere organer i kultur, som i sidste ende vil finde anvendelse i transplantationskirurgi eller i regenerativ medicin." forklarer hun.

I et papir offentliggjort i tidsskriftet Nature den 25. august beskrev holdet, hvordan man udvikler en museembryomodel ud fra museembryonale og ekstraembryonale stamceller. I stedet for at skabe museembryoner ved den naturlige biologiske metode til at kombinere æg og sæd, guidede holdet tre populationer af dyrkede stamceller til at interagere, hvilket inducerede ekspressionen af ​​visse gener og etablerede et miljø, hvor cellerne kunne "tale" med hinanden. Som et resultat heraf selvorganiserede stamcellerne sig i strukturer, der derefter udviklede sig gennem successive udviklingsstadier, indtil museembryomodellen havde bankende hjerter og grundlaget for en hjerne og alle andre organer, foruden blommesækken, og som letter gas og næringsstoffer udveksling mellem fosteret og moderen. Dette er det mest avancerede udviklingstrin, der er opnået til dato i en stamcelle-afledt model.

Naturligvis udvikler der sig tre hovedtyper af væv i det tidlige musefoster i de første par dage efter befrugtningen:Det ene vil med tiden blive kroppens væv, og de to andre vil støtte embryonets udvikling. En af disse to sidstnævnte typer, kendt som trophectoderm, bliver placenta, som forbinder fosteret med moderen og giver ilt og næringsstoffer. Den anden, kendt som primitiv endoderm, vil give anledning til blommesækken, hvor embryonet vokser, og hvorfra det modtager næringsstoffer i den tidlige udvikling.

Tre typer stamceller kan afledes fra hver af disse tre væv fra museembryoet og dyrkes på ubestemt tid i laboratoriet.

Med udgangspunkt i den tidligere forskning er museembryomodellen rapporteret i det nye papir kun lavet af en enkelt type dyrkede stamceller:de embryonale stamceller (ESC'er). Ubehandlede ESC'er bliver embryonets krop. En anden ESC-linje er lokket af forskere til at blive som ekstraembryonale endoderm-stamceller, som giver ét sæt udviklingssignaler. Holdet driver også en tredje ESC-linje til at blive som trofoblaststamceller, som giver et andet sæt udviklingssignaler. Holdet er således i stand til at rekonstituere de tre vigtigste væv i det udviklende museembryo ved kun at starte med ESC'er. Dette har forenklet protokollen og samtidig bevaret de vigtige signalbegivenheder mellem de tre væv, som er afgørende for opbygningen af ​​embryoets kropsplan.

"Af de tre stamcelletyper er det kun ESC'erne, der er pluripotente - det vil sige, at kun ESC'erne har potentialet til at udvikle sig til ethvert væv i kroppen," forklarer Zernicka-Goetz. "Men for at gøre dette kræver de de to andre typer ekstra-embryonale stamceller. ESC'er kan dirigeres til at blive disse to andre ekstra-embryonale celletyper. På denne måde ender vi med tre startcelletyper, der alle er genereret fra enkelt ESC-linje." + Udforsk yderligere

'Syntetisk' musefoster med hjerne og bankende hjerte dyrket fra stamceller