Vergeet sperma en ei.

Met behulp van menselijke stamcellen hebben wetenschappers menselijke embryo-achtige structuren in petrischalen gecreëerd. Deze in het laboratorium gekweekte klodders ontwikkelen meerdere structuren die een menselijk embryo nabootsen na implantatie in de baarmoeder – een belangrijke mijlpaal voor de vruchtbaarheid – en duren minimaal 14 dagen.

Tien jaar geleden zou het vervaardigen van embryo-achtige structuren, of embryoiden, zonder voortplantingscellen belachelijk hebben geleken. Maar nu wetenschappers steeds meer de ingewikkelde moleculaire reis naar de menselijke conceptie in kaart brengen, wordt het mogelijk om sperma en eicellen af ​​te schaffen en zo in de ‘zwarte doos’ van de vroege menselijke ontwikkeling te kijken.

Het klinkt nog steeds als een Frankenstein-experiment. Maar het streven is geen macabere wetenschappelijke nieuwsgierigheid. Er is heel weinig bekend over de eerste paar weken van de zwangerschap bij de mens, wanneer de ontwikkeling meestal misgaat. Het bestuderen van modellen die deze vroege stadia nabootsen – zonder de controverse over biologische monsters – zou paren kunnen helpen die moeite hebben om zwanger te worden en een licht kunnen werpen op de mysteries van verloren vroege zwangerschappen.

Een nieuwe studie gepubliceerd in NATUUR van embryo-veteraan Dr. Jacob Hanna schuift nu de tijdlijn van de laboratoriumdracht vooruit. Het team heeft menselijke embryonale stamcellen omgezet in embryoiden die vroege menselijke embryo's modelleren. Net als hun biologische tegenhangers ontwikkelden de in het laboratorium gebaseerde blobs grote ‘lagen’ van weefsel die de vroege stadia van de menselijke ontwikkeling definieerden.

“Het drama zit in de eerste maand, de overige acht maanden van de zwangerschap zijn vooral veel groei”, zei Hanna. “Maar die eerste maand is nog grotendeels een black box. Ons uit stamcellen afkomstige menselijke embryomodel biedt een ethische en toegankelijke manier om in dit kader te kijken.”

Recept voor een embryo

Twee jaar geleden bracht hetzelfde team een ​​blockbuster-resultaat uit: eicel en sperma zijn niet nodig om leven te veroorzaken, tenminste niet bij muizen. Met behulp van muizenstamcellen ontdekte het team een ​​chemische soep die de cellen in embryo-achtige structuren in een petrischaaltje kon duwen.

“Het embryo is de beste machine voor het maken van organen en de beste 3D-bioprinter – we hebben geprobeerd te emuleren wat het doet,” zei Hanna destijds.

Het idee lijkt relatief eenvoudig: alle embryonale cellen hebben het potentieel om elk ander celtype te worden. Maar deze cellen zijn ook zeer sociaal. Afhankelijk van hun omgeving – bijvoorbeeld welke chemische of hormonale signalen ze ontvangen – organiseren ze zichzelf in weefsels.

Het kweken van embryoiden is afhankelijk van twee ontwikkelingen, beide afkomstig van het Hanna-lab.

Men plaatst teruggekeerde stamcellen in een volledig naïeve staat – een tabula rasa die elke identiteit wegvaagt. We beschouwen stamcellen vaak als een uniforme groep, maar ze bevinden zich feitelijk in een ontwikkelingsspectrum. Elke stap voorwaarts stuurt de ontwikkeling van de cel naar een specifiek celtype of orgaan. Een naïeve stamcel heeft echter het potentieel om uit te groeien tot elk lichaamsdeel.

Het volledig opnieuw opstarten van naïeve stamcellen maakt het gemakkelijker om stamcellen in hun gastheren te integreren, ongeacht of het bij mensen voorkomt of muizen.

Een andere vooruitgang is een elektronisch bestuurd apparaat dat de embryoiden onderdompelt in golven voedingsstoffen. Net als een pacemaker simuleert de pomp hoe voedingsstoffen over embryo's in de baarmoeder spoelen, terwijl het zuurstofniveau en de atmosferische druk worden gecontroleerd.

In een proof-of-concept onderzoek, een klein deel van de cellen van muizen gevormd tot embryo-achtige structuren. Ze ontwikkelden zich op dezelfde manier als hun natuurlijke tegenhangers tot ongeveer de helft van hun normale zwangerschapsduur. Na acht dagen hadden de embryoïden een kloppend hart, bloedcellen in hun bloedsomloop, een mini-brein met zijn klassieke plooien en een spijsverteringskanaal.

“Als je een embryo de juiste omstandigheden geeft, zal zijn genetische code functioneren als een vooraf ingestelde reeks dominostenen, gerangschikt om de een na de ander te vallen.” zei Hanna in een eerder interview. “Ons doel was om deze omstandigheden na te bootsen, en nu kunnen we in realtime zien hoe elke dominosteen de volgende in de rij raakt.”

Bijna menselijk

Muizen zijn geen mannen. Hanna is zich er terdege van bewust, en het nieuwe onderzoek overbrugt de kloof.

De eerste stap? Prime een menselijke stamcel door deze in een naïeve staat terug te brengen.

Met deze grondstof in de hand gaf het team de cellen vervolgens verschillende identiteiten, genaamd afstammingslijnen. Sommige hiervan ontwikkelen zich tot cellen die uiteindelijk het embryo vormen. Anderen veranderen in ondersteunende cellen, zoals de cellen die de placenta vormen of de dooierzak bouwen – een kleine, ronde vorm. multitasker dat de gezondheid van het zich ontwikkelende embryo ondersteunt.

Met andere woorden: het vroeg ontwikkelende menselijke embryo is een complex ecosysteem. Het is dus geen wonder dat het overhalen van naïeve stamcellen tot meerdere rollen al lang aan de makers van embryo's is ontgaan. Toch wordt elke afzonderlijke afstammingslijn onmisbaar nadat een grote stap in de vroege menselijke ontwikkeling, implantatie, heeft plaatsgevonden. Wanneer een bevrucht embryo zich aan de baarmoederwand hecht, veroorzaakt dit een groot aantal veranderingen die essentieel zijn voor de verdere ontwikkeling. Het is ook wanneer embryoverlies vaak voorkomt.

De nieuwe studie zoomt in op de post-implantatiefase en herbestemt het eerdere muizenembryoïdeprotocol van het team om zelforganiserende menselijke embryoïden te genereren. Verrassend genoeg was het eenvoudiger.

Ze moesten stamcellen van muizen genetisch manipuleren om ze naar verschillende afstammingslijnen te duwen, zegt het team. Bij menselijke cellen hebben ze alleen maar het voedingsbad aangepast – er waren geen extra genen nodig – om genetische programma's in stamcellen te activeren, waardoor ze in alle drie de soorten ondersteunende weefsels veranderden.

Naarmate de embryoiden volwassener werden, gebruikte het team een ​​reeks moleculaire en genetische hulpmiddelen om hun betrouwbaarheid te onderzoeken. Over het geheel genomen leken de structuren tussen 3 en 7 dagen na de bevruchting op de 14D-architectuur van natuurlijk ontwikkelde menselijke embryo's. Sommige cellen pompten zelfs humaan choriongonadotrofine (hCG) uit, een hormoon dat wordt gebruikt voor zwangerschapstests thuis. Het deppen van de afscheidingen van de cellen op het stokje gaf een positief resultaat met een dubbele lijn.

Over het geheel genomen vertoonden de embryoïden belangrijke ontwikkelingsmijlpalen van een vroeg geïmplanteerd embryo, aldus het team, zonder de noodzaak van bevruchting of interactie met de baarmoeder van een moeder.

[Ingesloten inhoud]

Embryoïde ras

Hanna's team is niet het enige dat embryo's vooruit helpt.

In juni van dit jaar twee andere teams ontwikkelde embryoïden die menselijke embryo's na implantatie nabootsen. De recepten en ingrediënten zijn anders dan die van Hanna. In één onderzoek werd bijvoorbeeld een groot aantal krachtige genetische factoren ingebracht die ervoor zorgden dat stamcellen ondersteunende weefsels werden.

Wetenschappers zijn het er niet helemaal over eens welke embryoiden het beste op hun natuurlijke tegenhanger lijken. Over één aspect zijn ze het echter wel eens: stamcellen hebben, onder de juiste omstandigheden, een ongelooflijk vermogen om zichzelf te organiseren in steeds geavanceerdere embryo-achtige structuren.

Voorlopig wordt de 14-daagse embryoïde aangeprezen als de “meest geavanceerd" nog.

Veertien dagen is in veel landen een strikte grens voor onderzoek op natuurlijke menselijke embryo's, omdat deze niet verder in het laboratorium kunnen worden gekweekt. Embryoïden voldoen echter niet aan de definitie van een embryo en vallen niet onder de beperking van 14 dagen. Met andere woorden: menselijke embryoïden zouden gedurende de ontwikkelingstijdlijn verder kunnen worden gekweekt. Eerder werk laat zien dat het technologisch mogelijk is bij muizen, waarbij stamcellen semi-functionele organen ontwikkelen.

Als je een beetje griezelig wordt, ben je niet de enige. Embryoïden groeien naar steeds latere stadia in een wapenwedloop om de zwarte doos van de vroege menselijke ontwikkeling te openen. Voorlopig moeten embryoïden gekweekt uit menselijke embryonale stamcellen de huidige regelgeving respecteren. Degenen die gemaakt zijn van geïnduceerde stamcellen – waarbij vaak gebruik wordt gemaakt van huidcellen die zijn teruggekeerd naar een stamcelachtige staat – zijn echter aan geen enkele regel onderworpen.

Voor alle duidelijkheid: embryoïden hebben niet het vermogen om zich volledig tot mensen te ontwikkelen. Echter, een recente studie bij apen bleek dat ze zwangerschap kunnen veroorzaken als ze in een baarmoeder worden getransplanteerd, hoewel in dat geval het embryoïde snel en op natuurlijke wijze werd beëindigd. Debatten over de vraag of en hoe deze cellulaire klodders moeten worden gereguleerd, zijn aan de gang.

Voorlopig concentreert Hanna's team zich op een herziening van hun recept om de efficiëntie te vergroten. Maar als langetermijndoel hopen ze de embryoïde nog verder te kunnen pushen om te zien of ze rudimentaire organen kunnen ontwikkelen. Deze experimenten “zullen inzichten bieden in voorheen ontoegankelijke vensters van de vroege menselijke ontwikkeling”, zeggen ze.

Krediet van het beeld: Weizmann Institute of Science

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. Automotive / EV's, carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• ChartPrime. Verhoog uw handelsspel met ChartPrime. Toegang hier.
• BlockOffsets. Eigendom voor milieucompensatie moderniseren. Toegang hier.
• Bron: https://singularityhub.com/2023/09/12/the-most-advanced-embryo-models-yet-mimic-the-first-two-weeks-of-human-development/