Als Weltneuheit veröffentlichten Wissenschaftler von BGI-Research, der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und einer Gruppe von Partnern eine Studie in Naturdie die Entdeckung einer transgenfreien, schnellen und kontrollierbaren Methode zur Umwandlung pluripotenter Stammzellen in echte 8-zellige totipotente embryoähnliche Zellen ankündigt und den Weg für Fortschritte in der Organregeneration und der synthetischen Biologie ebnet.
BGI-Forscher nutzten zusammen mit einem internationalen Team aus China, Bangladesch und dem Vereinigten Königreich die fortschrittlichen Einzelzell-Sequenzierungstechnologien von BGI, um dabei zu helfen, pluripotente Stammzellen oder eine „erwachsene“ Version früher embryonaler Zellen in eine „jugendlichere“ Version umzuwandeln von Zellen, die die Aktivierung des menschlichen zygotischen Genoms erfassen und alle Abstammungslinien mit Entwicklungspotenzial beibehalten.
Diese Zellen könnten in Zukunft in der regenerativen Medizin eingesetzt werden, um erkrankte menschliche Organe zu regenerieren und die weltweite Abhängigkeit von Organspenden zu verringern. Sie können auch verwendet werden, um künstliche Blastozysten oder Blastoide zu erzeugen. Darüber hinaus werden sie nützlich sein, um die menschliche Embryonalentwicklung zu untersuchen, bei der Behandlung früher entwicklungsbedingter Krankheiten zu helfen und auch einen Schwangerschaftsverlust zu verhindern.
Während die Technologie zur Umwandlung pluripotenter Stammzellen in innere Zellmasse-ähnliche Zellen innerhalb der Blastozyste seit einiger Zeit existiert, ist diese Studie das erste Mal, dass Forscher Methoden etabliert haben, um pluripotente Stammzellen in ein echtes früheres Stadium im Zyklus der menschlichen Entwicklung umzuwandeln das zum 8-Zell-Embryo passt, was dazu beitragen wird, das Verständnis der frühen menschlichen Embryonalentwicklung zu erweitern. Entscheidend war, dass die Forscher dann zeigen konnten, dass die umgewandelten Zellen Plazentazellen in vivo erzeugen konnten – das erste Mal, dass dies getan wurde.
„Totipotente embryonale Zellen im 8-Zell-Stadium stellen nach nur 3 Teilungen den embryonalen Zustand einer befruchteten Eizelle wieder her. Im Vergleich zu den berichteten pluripotenten Stammzellen können sich diese Zellen nicht nur zu Plazentagewebe differenzieren, sondern sich möglicherweise auch zu reiferen Organen entwickeln, Wir bringen den Millionen von Patienten auf der ganzen Welt, die Organtransplantationen benötigen, gute Nachrichten“, sagten die korrespondierenden Autoren des Papiers, Professor Miguel A. Esteban, Dr. Md. Abdul Mazid und Dr. Li Wenjuan von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften.
„Dieser Durchbruch ist auch ein perfektes Beispiel für die Kombination von regenerativer Medizin und Einzelzell-Sequenzierungstechnologie“, sagte Dr. Liu Longqi von BGI-Research, ein weiterer korrespondierender Autor der Veröffentlichung. „Durch die groß angelegte Einzelzell-Multi-Omics-Profilierung wird die effiziente und präzise Identifizierung von Zellen oder Geweben, die in vitro oder in vivo durch Stammzelltechnologien gewonnen werden, die Forschung zur regenerativen Medizin erheblich beschleunigen.“
Zellen in diesem frühen Entwicklungsstadium können als „totipotent“ bezeichnet werden, was bedeutet, dass sie das Potenzial haben, alle Arten von frühen embryonalen Zellen zu erzeugen, die wiederum die für die Entwicklung notwendigen Gewebe und Organe erzeugen. Die Forschung baut auf früheren Arbeiten mit pluripotenten Stammzellen im Blastozystenstadium auf, einem Punkt, an dem Zellen das Potenzial haben, eine begrenztere Auswahl an verschiedenen Zellen und Geweben zu erzeugen.
Der Durchbruch der Studie wurde durch Fortschritte in der Einzelzell-Sequenzierungstechnologie ermöglicht, in der die BGI Group weltweit führend ist. Seine Sequenzierungsplattform für Einzelzellbibliotheken in Kombination mit seiner Sequenzierungstechnologie ermöglicht eine umfangreiche und mehrdimensionale Einzelzellanalyse mit hoher Empfindlichkeit und Genauigkeit zu geringen Kosten.
Das internationale Team hinter der Forschung nahm pluripotente Stammzellen und behandelte sie mit einem chemischen Cocktail, um die 8-zelligen embryoähnlichen Zellen zu erzeugen. Neben anderen Experimenten wurden diese Zellen sortiert und in eine Maus injiziert, um sie weiterzuentwickeln, und dann mit der Einzelzell-Genomanalyse von BGI analysiert. Diese innovative Technologie half den Wissenschaftlern, die embryoähnlichen 8-Zell-Zielzellen zu identifizieren und zu isolieren und ihre „totipotente“ Fähigkeit zu demonstrieren, die an der Bildung der Plazenta in vivo beteiligten Zellen zu erzeugen.
Die Fortschritte der Forscher könnten schließlich die individualisierte Organregeneration Wirklichkeit werden lassen. Typischerweise besteht die einzige Möglichkeit für diejenigen, die eine Organtransplantation benötigen, darin, einen passenden Spender zu finden. Das Verfahren ist nicht idiotensicher. Transplantationen können fehlschlagen, wenn sich der Serotyp des Spenders zu sehr vom Empfänger unterscheidet. Auch ein separates Verfahren zur Anpassung tierischer Organe für die Transplantation an Menschen durch Geneditierung steckt noch in den Kinderschuhen.
Diese Errungenschaft stellt auch ein neues In-vitro-Forschungssystem für die Grundlagenforschung zur frühen Embryonalentwicklung bereit, hilft uns, die Beziehung zwischen der frühen Embryonalentwicklung und dem Auftreten von Krankheiten zu verstehen, und eine Ressource für die Untersuchung und Behandlung von Geburtsfehlern und verschiedenen Entwicklungskrankheiten.
Miguel Esteban, Zurückrollen menschlicher pluripotenter Stammzellen in ein embryoähnliches 8-Zellen-Stadium, Natur (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04625-0
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