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Durchbruch: Wissenschaftler erstellen Mausembryo

Da sich Stammzellen während der frühen Entwicklung des Körpers in viele verschiedene Zelltypen verwandeln können, bietet die embryonale Stammzellenforschung einzigartige Einblicke in die Entwicklung eines Organismus aus einer einzigen Zelle. Wissenschaftler konnten erstmals einen Mausembryo völlig künstlich erzeugen.Forscher haben einen Mausembryo, hier bei 72 Stunden gezeigt, ausschließlich mit Stammzellen modelliert.
Bildnachweis: Berna Sozen-Kaya, Labor Zernicka-Goetz, Universität Cambridge

Stammzellen sind entscheidend für die Entwicklung von lebenden Organismen. Zu Beginn eines Embryos bilden diese Zellen den gesamten Organismus, einschließlich der Zellen, die die lebenswichtigen Organe und Gewebe des Körpers bilden, wie das Herz, die Lungen und die Haut.

Während der ersten 3 bis 5 Tage wird der menschliche oder Säugetierembryo als Blastozyste bezeichnet. Die Blastozyste besteht aus embryonalen Stammzellen (ESCs), die vom Ei erzeugt werden, nachdem es von einem Spermium befruchtet wurde.

Die Blastozyste enthält auch Trophoblastenstammzellen (TSCs), die die Plazenta bilden, und primitive Endodermstammzellen, die den Dottersack bilden - einen Membransack, der dem sich entwickelnden Embryo Nährstoffe liefert und sich vor der Plazenta bildet.

Forscher der Universität von Cambridge in Großbritannien, geleitet von Prof. Magdalena Zernicka-Goetz von der Abteilung für Physiologie, Entwicklung und Neurowissenschaften, haben sich vorgenommen, eine Struktur, die einem Mausembryo ähnelt, genetisch herzustellen, wobei ausschließlich ESCs und TSCs verwendet werden. Die Studie wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft.

Stammzellen "führen sich gegenseitig", um eine embryoartige Struktur zu bilden

Prof. Zernicka-Goetz und sein Team verwendeten genetisch modifizierte ESCs und TSCs sowie eine 3-D extrazelluläre Matrix (ECM) - eine nicht-zelluläre Komponente in allen Geweben und Organen, die als Gerüst für Zellen dient und biochemische Reaktionen fördert, die helfen Zellen zu differenzieren und in andere Organe und Gewebe zu verwandeln.

Die Forscher fanden heraus, dass die ESCs, TSCs und die 3D-ECM miteinander "kommunizierten" und sich zu einer selbstorganisierenden Struktur organisierten, die die Eigenschaften eines natürlichen Embryos aufwies.

Prof. Zernicka-Goetz erläutert die Ergebnisse:

"Sowohl die embryonalen als auch die extraembryonalen Zellen beginnen miteinander zu sprechen und sich zu einer Struktur zu organisieren, die wie ein Embryo aussieht und sich verhält. Es hat anatomisch korrekte Regionen, die sich am richtigen Ort und zur richtigen Zeit entwickeln Ich wusste, dass Interaktionen zwischen den verschiedenen Arten von Stammzellen wichtig für die Entwicklung sind, aber das Auffällige, was unsere neue Arbeit zeigt, ist, dass dies eine echte Partnerschaft ist - diese Zellen führen einander wirklich. Ohne diese Partnerschaft, die richtige Entwicklung von Form und Form und die rechtzeitige Aktivität der wichtigsten biologischen Mechanismen findet nicht richtig statt. "

Die Schaffung dieser künstlichen embryoähnlichen Struktur ermöglichte Einblicke in den Entwicklungsprozess eines natürlichen Embryos. Prof. Zernicka-Goetz und ihre Kollegen konnten sehen, dass der künstliche Embryo dem gleichen Muster folgte wie ein natürlicher Embryo, wobei sich die Stammzellen selbst organisieren, um die Pro-Amnionhöhle zu schaffen, in der später der Embryo beherbergt wird.

Erkenntnisse helfen, die Entwicklung des menschlichen Embryos zu verstehen

Diese Erkenntnisse sind der Schlüssel zum Verständnis der frühen Stadien der menschlichen Entwicklung, wie Dr. Andrew Chisholm - Leiter der Zell- und Entwicklungswissenschaft am Wellcome Trust - erklärt:

"Dies ist eine elegante Studie, die einen Mausembryo in Kultur erstellt, der uns einen Einblick in die frühesten Stadien der Säugetierentwicklung gibt", sagt Dr. Chisholm. "Theoretisch könnten ähnliche Ansätze eines Tages genutzt werden, um die frühe menschliche Entwicklung zu erforschen und die Rolle der mütterlichen Umwelt bei Geburtsfehlern und Gesundheit aufzuklären."

Der Wellcome Trust und der European Research Council waren die Hauptförderer dieses Forschungsprojekts.

Prof. Zernicka-Goetz hat auch an anderen Projekten gearbeitet, die zusammen mit diesem den Bereich der Forschung an menschlichen Embryonen voranbringen. Sie hat kürzlich einen weiteren Durchbruch erzielt, indem sie zum ersten Mal menschliche Embryonen in vitro über die Implantationsstufe hinaus entwickelt hat. Prof. Zernicka-Goetz hofft, dass ihre Forschung den Wissenschaftlern helfen wird, eines der Haupthindernisse in der Forschung an menschlichen Embryonen zu überwinden: die unzureichende Anzahl verfügbarer Embryonen.

"Wir denken, dass es möglich sein wird, viele der Entwicklungsereignisse, die vor 14 Tagen mit humanen embryonalen und extraembryonalen Stammzellen auftreten, nachzuahmen, indem wir einen ähnlichen Ansatz für unsere Technik mit Mausstammzellen verwenden. Wir sind sehr optimistisch, dass dies uns erlauben wird wichtige Ereignisse dieser kritischen Phase der menschlichen Entwicklung zu studieren, ohne tatsächlich an Embryonen arbeiten zu müssen. Wenn wir wissen, wie die Entwicklung normalerweise vor sich geht, werden wir verstehen, warum es so oft schief geht. "

Prof. Magdalena Zernicka-Goetz

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