Zahájila by syntetická embrya éru umělých orgánů?   

Vědci replikovali přirozený proces embryonálního vývoje savců v laboratoři až do bodu vývoje mozku a srdce. Pomocí kmenových buněk vědci vytvořili syntetická myší embrya mimo dělohu, která rekapitulovala přirozený proces vývoje v děloze až do dne 8.5. Toto je milník v syntetické biologii. V budoucnu to bude vodítkem pro studie na lidských syntetických embryích, které zase mohl ohlašuje vývoj a výrobu syntetických orgány pro pacienty čekající na transplantaci. 

Embryo je obvykle chápáno jako přechodné vývojové stádium v ​​sekvenčním přirozeném jevu reprodukce iniciovaném setkáním spermie s vajíčkem za vzniku zygoty, která se dělí a stává se zygotou. embryo, po kterém následuje vývoj do plodu a novorozence po dokončení gestace.  

Pokroky v embryonální buňce jaderný transfer viděl příklad přeskočení kroku oplodnění vajíčka spermií. V roce 1984 bylo z vajíčka vytvořeno embryo, ze kterého bylo odstraněno jeho původní haploidní jádro a nahrazeno jádrem dárcovské embryonální buňky, která úspěšně prošla vývojem v náhradním stavu, aby porodila první klonované mládě ovce. S dokonalostí Somatic Cell Nuclear Transfer (SCNT) byla ovce Dolly vytvořena v roce 1996 ze zralé dospělé buňky. Jednalo se o první případ klonování savce z dospělé buňky. Případ Dolly také otevřel možnost vývoje personalizovaných kmenových buněk. V obou případech nebylo použito spermie, ale bylo to vajíčko (s nahrazeným jádrem), které vyrostlo v embryo. Takže jako taková byla tato embrya stále přirozená.  

Mohla by být embrya vytvořena bez účasti byť jen vajíčka? Pokud ano, taková embrya by byla syntetická do té míry, že by nebyly použity žádné gamety (pohlavní buňky). V dnešní době se taková embrya (neboli „embryo-like“ neboli embryoidy) běžně vytvářejí pomocí embryonálních kmenových buněk (ESC) a kultivují se in vitro v laboratoři.  

U savců trvá myším relativně krátkou dobu (19-21 dní), než se rozmnoží, což z myšího embrya činí vhodný studijní model. Z celkového počtu je předimplantační období asi 4-5 dnů, zatímco zbývajících 15 dnů (asi 75 % z celkového počtu) je po implantaci. Pro postimplantační vývoj musí být embryo implantováno do dělohy, takže je nepřístupné pro vnější pozorování. Tato závislost na mateřské děloze představuje překážku ve vyšetřování.    

Rok 2017 byl významný v historii kultivace savčích embryí. Snahy o vytvoření syntetických myších embryí nabraly úspěch, když výzkumníci jasně prokázali, že embryonální kmenové buňky mají schopnost samosestavy a sebeorganizace. in vitro aby vznikly struktury podobné embryům, které se v důležitých ohledech podobaly přirozeným embryím^1,2. Z toho však vyplývala omezení děložní bariéry. Je rutinní kultivovat preimplantační embryo in vitro ale jakákoliv robustní platforma pro ex-utero kultivaci postimplantačního myšího embrya (od stádia vajíček až po pokročilou organogenezi) nebyla dostupná. Průlom v řešení tohoto problému nastal loni v roce 2021, kdy výzkumný tým představil kultivační platformu, která byla účinná pro postimplantační vývoj myšího embrya mimo mateřskou dělohu. Bylo zjištěno, že embryo vyrostlé na této platformě ex utero přesně rekapituluje in utero vývoj³. Tento vývoj překonal děložní bariéry a umožnil výzkumníkům lépe porozumět postimplantační morfogenezi, a pomohl tak projektu syntetických embryí dostat se do pokročilé fáze. 

Nyní dvě výzkumné skupiny oznámily, že syntetické myší embryo roste po dobu 8.5 dne, což je zatím nejdelší doba. To bylo dost dlouho na to, aby se to dalo rozlišit orgány (jako je tlukoucí srdce, střevní trubice, neurální řasa atd.). Tento nejnovější pokrok je skutečně pozoruhodný.  

Jak bylo uvedeno v Cell dne 1. srpna 2022, výzkumný tým vytvořil myší syntetická embrya s použitím pouze naivních embryonálních kmenových buněk (ESC) mimo mateřskou dělohu. Společně agregovali kmenové buňky a zpracovali je pomocí nedávno vyvinuté kultivační platformy pro prodlouženou dobu ex-utero růst za účelem získání postgastrulačního syntetického celého embrya s embryonálními i extraembryonálními kompartmenty. Syntetické embryo uspokojivě dosáhlo milníků pro 8.5denní fázi myších embryí. Tato studie zdůrazňuje schopnost naivních pluripotentních buněk samosestavit a organizovat se a modelovat celé savčí embryo mimo gastrulace⁴. 

V nejnovější studii publikované v Nature dne 25. srpna 2022 vědci použili extraembryonální kmenové buňky také k rozšíření vývojového potenciálu embryonálních kmenových buněk (ESC). Sestavili syntetická embrya in vitro pomocí myších ESC, TSC a iXEN buněk, které rekapitulovaly přirozený celý embryonální vývoj myši v děloze ke dni 8.5. Toto syntetické embryo mělo definované oblasti předního a středního mozku, strukturu podobnou bijícímu srdci, trup obsahující neurální trubici, ocasní pupen obsahující neuromezodermální progenitory, střevní trubici a primordiální zárodečné buňky. Celé to bylo v extraembryonálním vaku⁵. V této studii tedy byla organogeneze pokročilejší a pozoruhodnější ve srovnání se studií uvedenou v Cell dne 1. srpna 2022. Možná, že použití dvou typů extraembryonálních kmenových buněk zvýšilo vývojový potenciál embryonálních kmenových buněk v této studii. Je zajímavé, že v dřívější studii byly použity pouze naivní embryonální kmenové buňky (ESC).  

Tyto úspěchy jsou skutečně pozoruhodné, protože jde o dosud nejvzdálenější bod ve studiích na syntetických savčích embryích. Schopnost vytvořit savčí mozek byla hlavním cílem syntetické biologie. Obnovení přirozeného procesu postimplantačního embryonálního vývoje v laboratoři překonává děložní bariéru a umožňuje výzkumníkům studovat nejranější fáze života, která je normálně skryta v děloze.  

Bez ohledu na etické problémy budou úspěchy ve studiích na myších syntetických embryích v blízké budoucnosti vodítkem pro studie na lidských syntetických embryích, které by mohly zahájit vývoj a produkci syntetických orgánů pro pacienty čekající na transplantaci.  

*** 

Reference:  

1. Harrison SE et al 2017. Sestavení embryonálních a extraembryonálních kmenových buněk k napodobení embryogeneze in vitro. VĚDA. 2. března 2017. Vol 356, Issue 6334. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aal1810  

2. Warmflash A. 2017. Syntetická embrya: Windows do vývoje savců. Buňka Kmenová buňka. Ročník 20, číslo 5, 4. května 2017, strany 581-582. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2017.04.001   

3. Aguilera-Castrejon, A., et al. 2021. Ex utero myší embryogeneze od pregastrulace po pozdní organogenezi. Příroda 593, 119–124. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03416-3  

4. Tarazi S., et el 2022. Postgastrulační syntetická embrya generovaná ex utero z myších naivních ESC. Buňka. Publikováno: 01. srpna 2022. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.028 

5. Amadei, G., et al 2022. Syntetická embrya dokončují gastrulaci až neurulaci a organogenezi. Zveřejněno: 25. 2022. XNUMX. Příroda. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05246-3 

***