Eftersom stamceller har möjlighet att omvandlas till många olika typer av celler under kroppens tidiga utveckling, erbjuder embryonal stamcellsforskning unika insikter om hur en organism växer från en enda cell. För första gången har forskare nu kunnat skapa ett musfoster helt artificiellt.

Forskare har modellerat ett musembryo, här visat på 72 timmar, med användning av enbart stamceller.

Bildkredit: Berna Sozen-Kaya, Zernicka-Goetz Laboratory, University of Cambridge

Stamceller är avgörande för utvecklingen av levande organismer. I början av ett embryo kommer dessa celler att bilda hela organismen, inklusive cellerna som bildar kroppens vitala organ och vävnader, såsom hjärta, lungor och hud.

Under de första 3 till 5 dagarna kallas det mänskliga eller däggdjursembryot en blastocyst. Blastocyst består av embryonala stamceller (ESC) som genereras av ägget efter det att det har befruktats av en sperma.

Blastocysten innehåller också trofoblaststamceller (TSC), som kommer att skapa placentan och primitiva endoderm stamceller som kommer att bilda äggula sac - en membranös säck som ger näringsämnen till utvecklingsembryon och former före placentan.

Forskare från University of Cambridge i Storbritannien, ledd av prof Magdalena Zernicka-Goetz från Institutionen för fysiologi, utveckling och neurovetenskap, har som mål att genetiskt skapa en struktur som liknar ett musembryo som använder uteslutande ESC och TSC. Studien publicerades i tidningen Vetenskap.

Stamceller vägledar varandra "för att bilda embryoliknande struktur

Prof. Zernicka-Goetz och team använde genmodifierade ESC och TSC samt en 3-D extracellulär matris (ECM) - en ickecellulär komponent som finns i alla vävnader och organ som fungerar som ställningar för celler och underlättar biokemiska reaktioner som hjälper Celler för att differentiera och morph i andra organ och vävnader.

Forskare fann att ESC, TSC och 3-D ECM "kommunicerade" med varandra och organiserade sig i en självmonterande struktur som hade egenskaper hos ett naturligt embryo.

Prof. Zernicka-Goetz förklarar resultaten:

Både embryonala och extra-embryonala celler börjar prata med varandra och bli organiserade i en struktur som ser ut och fungerar som ett embryo. Det har anatomiskt korrekta regioner som utvecklas på rätt ställe och i rätt tid [...] Vi visste att interaktioner mellan olika typer av stamceller är viktiga för utveckling, men det slående som vårt nya arbete illustrerar är att detta är Ett riktigt partnerskap - dessa celler leder verkligen varandra. Utan detta partnerskap sker inte korrekt utveckling av form och form och den aktuella aktiviteten hos viktiga biologiska mekanismer korrekt."

Skapandet av denna artificiella embryoliknande struktur underlättade insikter i utvecklingsprocessen av ett naturligt embryo. Prof. Zernicka-Goetz och hennes kollegor kunde se att det konstgjorda embryot följde samma mönster som en naturlig, där stamceller organiserade sig för att skapa den fosterhålan som senare kommer att vara värd för embryot.

Resultat hjälper till att förstå mänsklig embryonutveckling

Dessa insikter är nyckeln till att förstå de tidiga stadierna av mänsklig utveckling, liksom Dr Andrew Chisholm, chef för cell- och utvecklingsvetenskap vid Wellcome Trust, förklarar:

"Detta är en elegant studie som skapar ett musfoster i kulturen som ger oss en inblick i de allra allra första stadierna av däggdjursutveckling", säger Dr. Chisholm. "I teorin kunde liknande metoder en dag användas för att undersöka tidig mänsklig utveckling, kasta Lysa på modermiljöens roll vid fosterskador och hälsa."

Wellcome Trust och European Research Council var de främsta finansieringsorganen bakom detta forskningsprojekt.

Prof. Zernicka-Goetz har också arbetat med andra projekt som tillsammans med denna hjälper till att utveckla området för mänsklig embryonforskning. Hon har nyligen uppnått ett annat genombrott genom att utveckla mänskliga embryon in vitro utöver implantationssteget för första gången. Prof. Zernicka-Goetz hoppas att hennes forskning kommer att hjälpa forskare att övervinna ett av de största hindren i mänsklig embryonforskning: det otillräckliga antalet tillgängliga embryon.

Vi tror att det kommer att bli möjligt att efterlikna en hel del utvecklingshändelser som inträffat före 14 dagar med mänskliga embryonala och extra-embryonala stamceller med hjälp av ett liknande tillvägagångssätt för vår teknik med hjälp av musstamceller. Vi är mycket optimistiska att detta kommer att göra det möjligt för oss att studera viktiga händelser i detta kritiska stadium av mänsklig utveckling utan att egentligen behöva arbeta med embryon. Att veta hur utvecklingen sker normalt gör att vi kan förstå varför det ofta går fel."

Prof. Magdalena Zernicka-Goetz

Lär dig hur spermier som skapas från stamceller kan erbjuda hopp om man är obefruktad.

The Sims 4 Dags att jobba: Officiell gameplay-video - Forskare (Video Medicinsk Och Professionell 2025).