인간 줄기 세포를 배아와 유사한 구조로 변형시키는 것은 이전에는 상상조차 할 수 없었습니다.

그러나 겉보기에는 하룻밤 사이에, 여러 팀 출판 처음에는 결과 이 목표를 향해 도달하는 것입니다. 각 팀은 인간 삶의 초기 단계의 측면을 모방하는 세포 덩어리인 실험실에서 배양한 배아를 생성하기 위한 고유한 레시피를 가지고 있습니다.

종종 "합성 배아"라고 불리지만, 그것들은 전혀 아닙니다. 3D 세포 덩어리는 매우 복잡하며 일부는 태아로의 배아 성장을 지원하는 데 필요한 세포 계통으로 갈라지기 시작합니다. 그러나 이 모델은 정자와 난자가 만나는 실제 모델과는 거리가 멉니다.

각각의 배아와 유사한 구조(과학자들은 아직 이를 "배아" 또는 "줄기"라고 부르기로 결정하지 않음)는 이식 후 약 XNUMX주까지 인간 배아의 유전적, 분자적 및 세포적 측면을 부분적으로 복제합니다. 그러나 구조는 몇 주 후에 모두 분해됩니다. 그것들은 실제 자궁으로 옮길 수 없으며 확실히 생존 가능한 태아로 발전할 수 없습니다.

논쟁의 여지가 있는 분야는 처음부터 인간 배아를 조작하는 것을 목표로 하지 않습니다. 오히려 인간이 임신한 후 첫 주 동안의 블랙박스에 빛을 비추고 잠재적으로 불임 부부에게 생명줄을 제공하거나 유산과 싸우기를 희망합니다.

"이 단계는 알 수 없는 이유로 대부분의 임신이 실패하는 단계입니다." 말했다 한 가지 노력을 주도한 예일 대학교의 Berna Sozen 박사 에 게시 자연. "우리의 모델 플랫폼은 우리가 가장 적게 알고 있는 인간 발달의 특정 스냅샷을 캡처합니다."

생식용 블랙박스

임신 후 첫 몇 주는 인간 발달의 궁극적인 수수께끼입니다.

우리는 기본 사항을 알고 있습니다. 하나의 수정란이 약 200개의 세포로 확장되어 자궁벽에 부착되는 속이 빈 덩어리를 형성하며, 이를 착상이라고 합니다.

다음 며칠은 개발의 토대를 마련합니다. 배아는 세 가지 다양한 층으로 빠르게 성장하며 각 층은 고유한 세포 계통을 갖습니다. 하나는 신체의 "코어"인 배아를 구성하는 세포를 포함하는 상배엽을 형성합니다. 두 번째는 배아의 주축 방향을 정하는 데 도움이 되는 하배엽(간단히 말해서 인체의 전체 디자인을 스케치하는 것)이며 지지하는 난황낭을 추가로 형성합니다. 마지막으로 성장하는 태아에게 영양분을 공급하기 위해 태반을 일으키는 영양막이 있습니다.

이것은 광범위한 페인트 스트로크일 뿐입니다. 윤리적, 기술적, 규제적 제한으로 인해 우리는 이러한 프로세스가 언제 어떻게 잘못되는지를 포함하여 이러한 프로세스 뒤에 숨겨진 복잡성에 대해 거의 알지 못합니다. 이것이 바로 과학자들이 인간 줄기 세포로 만든 배아와 유사한 모델인 보다 윤리적으로 허용 가능한 대체품을 위해 노력해 온 이유입니다. 두 팀 가까이 왔다 2021년에 수정 후 처음 XNUMX일과 유사한 중요한 사건을 재구성합니다. 궁극적인 목표는 생식 연구의 성배인 세 가지 계보를 모두 모방하고 잠재적으로 발달 기간을 더 연장하는 것입니다.

문제는 어떻게?

블랙박스 깨기

Sozen의 팀은 인간 다능성 줄기 세포로 시작했습니다. 이 멀티 태스커는 행복하게 스스로를 갱신하고 신체의 거의 모든 단일 세포 유형으로 발전할 수 있습니다.

화학 수프에 담그면 세포는 3시간 이내에 자발적으로 48D 구조로 조직됩니다. 비결은 비법이었습니다. 일반적으로 세포는 초기 인간 배아와 거의 닮지 않은 무질서한 집합체로 발달합니다. 그러나 여기에서 세포는 배아의 전형적인 구형 형태를 채택하면서 단백질 마커를 발현하고 이식 후 초기 단계의 상배엽 및 하배엽과 유사한 구조를 형성했습니다.

세포의 기능을 추가로 테스트하기 위해 연구팀은 연구실에서 배양한 하배엽 세포(신체의 청사진 방향을 결정하는 데 도움이 되는 세포)를 초기 마우스 배아에 주입했습니다. XNUMX분의 XNUMX도 채 되지 않았습니다. 그러나 새로운 숙주에 통합되고 키메라 배아가 대리모에 이식된 후에도 남아 있었습니다(마우스 아기가 태어나지 않음).

더 깊이 파고들어 Sozen의 팀은 배아 모델의 단일 세포에서 유전자 발현을 조사했습니다. 결과는 그들의 조리법이 인간 배아와 매우 유사한 유전적 패턴을 보여주지만 태반을 형성하는 징후가 없는 "여분의 배아체"와 함께 두 개의 세포 계통을 요리했다는 것을 추가로 확인했습니다. 얼룩은 또한 이식 중에 매우 두드러지는 후생유전적 풍경(서열을 변경하지 않고 유전자 발현을 제어하는 ​​것)을 포착할 수 없었습니다.

그래도 팀은 결과에 만족합니다. 그들은 플랫폼이 하나의 셀 유형만 사용하며 확장 가능하고 다재다능하다고 설명합니다. 연구 저자인 Monique Pedroza는 "우리 종의 발달 중 접근할 수 없는 단계에서 발생하는 초기 운명 결정을 뒷받침하는 메커니즘"과 잠재적으로 발달 장애의 기원을 분석하는 데 도움이 될 것이라고 말했습니다.

연구에 참여하지 않은 맨체스터 대학의 Roger Sturmey 박사는 "이 연구는 매우 신중하게 수행된 놀라운 연구"라고 말했습니다. Sturmey는 또한 G-SCBEM (Governance of Stem Cell-Based Embryo Models) Guidelines Working Group은 점점 더 가열되는 분야에 대한 윤리 및 규제 지침을 수립하는 것을 목표로 합니다. "이 연구는 임신 초기에 초기 배아가 자궁에 착상하는 시기에 발생하는 세포 및 분자적 사건을 이해하려는 우리의 추구를 지원하는 매우 중요한 모델을 설명합니다."라고 그는 말했습니다.

다양한 방법

한편, 에 게재된 자매 논문에서는 자연, 배아 베테랑 케임브리지 대학의 Magdelena Zernicka-Goetz 박사(소젠의 이전 고문)는 다른 방법을 사용했습니다. 외부 목욕 레시피를 변경하는 대신 배아 발달을 안내하는 유전 프로그램을 직접 활용했습니다.

Zernicka-Goetz는 줄기 세포에서 배아와 유사한 구조를 설계하는 데 익숙합니다. 2022년, 그녀의 연구실 만든 헤드 라인 마우스 배아 줄기 세포를 사용하여 배아의 시작을 구축하기 위해 (다른 주요 전문가와 마찬가지로, 이스라엘 Weizmann 연구소의 Jacob Hanna 박사). 생성된 구조는 세 가지 잠재적인 세포 계통을 모두 포함하고 있으며 8.5일 된 자연적 대응물과 거의 유사했습니다.

새로운 연구는 유사한 방법을 채택합니다. 핵심은 유전자가 켜지거나 꺼지는 방식을 제어하는 ​​데 도움이 되는 단백질 그룹인 전사 인자입니다. 팀의 설명에 따르면 목표는 특정 요인을 과도하게 발현하고 세포를 발달 과정에서 다른 세포 계통을 형성하는 데 도움이 되는 "유전 프로그램"으로 밀어넣는 것입니다.

이 전략은 효과가 있었지만 부분적으로만 이루어졌습니다. 유 전적으로 전사 인자를 추가함으로써 모델은 이식 후 배아와 유사한 공 모양의 구조를 형성하기 위해 대략 일주일의 "정상적인"발달을 건너 뛰었습니다. 배아는 이 발달 단계에 중요한 머리부터 발끝까지 패턴화되는 원시 신체 축으로 자체 조직화되었습니다. 분자 메커니즘에 대한 심층 분석을 통해 이 패터닝을 조율하는 데 도움이 되는 몇 가지 생체 분자를 확인했습니다.

비록 이 전략이 결국 태반을 형성하는 애매한 황금 거위 혈통인 영양막을 형성하지는 않았지만, 결과는 배아와 지지 조직이 초기 단계에서 어떻게 상호 작용하는지 연구하기 위해 배아를 사용하는 "가치를 강조"한다고 저자들은 말했습니다.

천천히 그리고 착실히?

공개된 XNUMX편의 논문 외에도 다른 거인 현장에서 참았다 그들의 도박 사전 인쇄 서버에서 정확한 인간 배아 모방을 향해.

초기 마우스 배아를 만들기 위한 노력을 이끈 Hanna는 인간 세포에 대해 동일한 것을 달성하는 방법을 설명합니다. 찾기 힘든 영양막을 포함하여 14일 된 자연 인간 배아를 모방한 배아를 형성하는 것입니다. 한편, 피츠버그 대학의 Mo Ebrahimkhani 박사는 기술하다 인간 유도 만능 줄기 세포(iPSCs)를 사용하고 합성 유전자 회로로 재배선하여 배아와 주변 조직을 모두 발달시키는 리프로그래밍 방법입니다. 에 따르면 STAT 뉴스, 연구는 현재 동료 리뷰.

의심의 여지 없이 실제와 유사한 배아를 만들기 위한 경쟁이 점점 더 치열해지고 있습니다. 문제는 빨간 선이 어디에 있습니까?

Sturmey's에서 G-SCBEM's Guidelines Working Group) 의견, 곧 답변이 필요합니다. 과학자와 법률 및 생명윤리 전문가가 이끄는 이 그룹은 배아 연구를 위한 윤리적 경로를 수립하는 책임을 주도하고 있습니다. 주로 영국 연구를 위해 설립되었지만 이후 지침은 국제 협약을 위한 길을 열어줍니다.

G-SCBEM XNUMX월에 첫 번째 통합 제안을 발표하고 해당 분야의 다른 사람들의 지침을 환영하는 것을 목표로 합니다. 어려운 판매 일 수 있습니다. 현장에서의 경쟁은 치열합니다. 그러나 그러한 복잡하고 윤리적으로 모호한 분야에 대한 규칙을 설정하는 것은 특히 여론이 통합될 수 있다면 장기적으로 도움이 될 것이며 바라건대 또 다른 크리스퍼 베이비 스캔들.

Sturmey는 현재의 경주는 "이러한 성격의 작업을 지원하는 일관된 지침 세트의 필요성을 더 잘 보여줍니다."라고 말했습니다.

이미지 신용 : Monique Pedroza, Ipek Gassaloglu, Berna Sozen/예일 대학교

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• 출처: https://singularityhub.com/2023/07/03/embryo-models-made-from-stem-cells-aim-to-open-the-black-box-of-early-human-development/