Wissenschaftler haben aus Stammzellen synthetische Mäuseembryos hergestellt, die nachahmen, wie sich natürliche Embryonen bis zu 8,5 Tage entwickeln. Die künstlichen Embryonen bildeten ein Gehirn, ein Herz und einen Darm im Frühstadium und führten ein leistungsstarkes neues Modell zur Erforschung von Krankheiten ein und brachten die Forscher dem Verständnis, wie das Leben beginnt, einen Schritt näher.
„Die große Frage, mit der wir uns im Labor beschäftigen, lautet: Wie beginnen wir unser Leben?“ Magdalena Zernicka-Götz, ein biologischer Ingenieur von Caltech, der die neue Forschung leitete, sagte während einer Pressekonferenz. Ihr Team veröffentlichte ihre Studie am Donnerstag in Natur.
Wie sich verschiedene Zelltypen koordinieren und signalisieren, schließlich zu komplexen Strukturen wie Organen heranzuwachsen, bleibt ein Rätsel, teilweise aufgrund der Grenzen früherer Embryomodelle. Diese Modelle beruhen auf der Verwendung von Stammzellen, die zu einer Vielzahl spezialisierter Zelltypen von Muskelzellen bis zu Neuronen werden können. Wissenschaftler verwendeten in der Vergangenheit eine Art von Stammzellen, um synthetische Embryonen zu erzeugen, aber die Modelle waren unvollkommen und simulierten nicht genau die Arten von Entwicklungsveränderungen, denen natürliche Mäuseembryos unterliegen.
Das Team von Zernicka-Goetz kombinierte jedoch die übliche Form von Stammzellen, die als embryonale Stammzellen bezeichnet werden, mit zwei zusätzlichen Arten von Stammzellen, um ihre synthetischen „Embryoide“ herzustellen. Im Gegensatz zu bestehenden Modellen benötigten ihre Embryoide keine zusätzlichen Modifikationen und Injektionen, um sich zu entwickeln, und wuchsen auf beispiellose Weise von selbst.
„Es ist das allererste Modellsystem, das alle Teile des zukünftigen Gehirns entwickeln kann“, sagte Zernicka-Goetz. Zukünftige Forschungen können nun untersuchen, wie bestimmte genetische Veränderungen die Gehirnfunktion beeinflussen können, neue Medikamente an einem realitätsgetreueren Modell testen und die Gründe untersuchen, warum sich Embryonen manchmal nicht einnisten und daher eine Schwangerschaft beenden.
Dennoch stehen einige Hürden im Weg, bevor die Forschung mit synthetischen Embryonen starten kann. Es ist immer noch ineffizient, synthetische Embryonen aus Stammzellen herzustellen, sagte der Stammzellbiologe des Francis Crick Institute, Christophe Galichet, in einer Pressemitteilung des Science Media Center über die Studie. Darüber hinaus sagte Galichet, der nicht an der Forschung beteiligt war, dass sich die Embryonen in der Studie in den letzten 8 Tagen nicht entwickelt hätten (eine Studie Anfang dieses Monats veröffentlicht hatte auch das gleiche Problem). „Diese Blockade wird nicht verstanden und muss überwunden werden, wenn man synthetische Mausembryos über den 8. Tag hinaus züchten möchte“, sagte er.
Trotzdem sagte Zernicka-Goetz, diese Studie stelle einen Meilenstein für die Entwicklungsbiologie und das Zell-Engineering dar, der langfristige Auswirkungen haben werde.
„Es ist einfach unglaublich, dass wir so weit gekommen sind“, sagte sie. „Das ist seit Jahren der Traum unserer Gemeinde [a] Schwerpunkt unserer Arbeit seit einem Jahrzehnt, und endlich haben wir es geschafft.“
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