Forscher erzeugen menschliche embryonale Strukturen, die extraembryonales Gewebe umfassen

Gastrulation, der Prozess, bei dem sich ein Embryo von einer hohlen Kugel in eine mehrschichtige Struktur umorganisiert, gilt als „Black Box“ der menschlichen Entwicklung. Dies liegt daran, dass menschliche Embryonen aus bioethischen Gründen in der Regel nicht länger als 14 Tage kultiviert werden und die Gastrulation zwischen 17 und 21 Tagen nach der Befruchtung erfolgt.

Darüber hinaus waren aktuelle Stammzellmodelle, die die Gastrulation nachahmen, nicht in der Lage, die notwendigen extraembryonalen Gewebe einzubeziehen, aus denen der Dottersack und die Plazenta entstehen.

In einer Studie, die in der Zeitschrift erscheint ZelleForscher berichten über eine neue Methode zur Entwicklung von „Peri-Gastruloiden“, einer embryoähnlichen Struktur, die eines der Stützgewebe, den Dottersack, enthält, der in früheren Modellen fehlte.

„Während nicht integrierte Modelle der menschlichen Gastrulation und frühen Organogenese aus präparierten menschlichen pluripotenten Stammzellen entwickelt wurden, fehlen diesen Modellen die extraembryonalen Zellen, die eine wichtige Rolle bei der Strukturierung und Morphogenese des Embryos spielen“, sagt der leitende Autor Jun Wu, Stammzellbiologe am Southwestern Medical Center der University of Texas.

„Das Vorhandensein sowohl embryonaler als auch extraembryonaler Gewebe ermöglicht es Forschern, die Wechselwirkungen zwischen Epiblast, Amnion und Dottersack während der Gastrulation zu untersuchen – ein Unterfangen, das beim Menschen bisher unerreichbar war.“

Anstelle der üblicherweise verwendeten präparierten pluripotenten Stammzellen verwendeten die Forscher bei ihrer Methode expandierte pluripotente Stammzellen (EPSCs). Es wurde zuvor gezeigt, dass sich diese Zellen bei Mäusen sowohl in embryonales als auch extraembryonales Gewebe differenzieren.

Durch Zugabe der richtigen Wachstumsfaktoren zu menschlichen EPSCs differenzierten sie in diese beiden Gewebetypen. Die Zellen organisierten sich dann selbst zu Strukturen, die dem menschlichen Embryo ähnelten, die die Forscher als „Peri-Gastruloide“ bezeichnen.

Extraembryonale Gewebe setzen chemische Signale frei, die die Entwicklung des Embryos steuern, wodurch diese Perigastruloide mehrere wichtige Prozesse nachahmen können, die als Teil dieser Black-Box-Entwicklungsphase gelten.

Perigastruloide entwickeln die Fruchthöhle, in der die Embryonen leben, und die Dottersackhöhlen, die die Embryonen mit Blut versorgen. Darüber hinaus zeigen Perigastruloide frühe Anzeichen der Organogenese, wie z. B. Neurulation, die den Beginn der Entwicklung des Zentralnervensystems markiert.

Das Forschungsteam berichtet, dass ihre Methode effizient und reproduzierbar ist. In einem ihrer Meinung nach kleinen Versuch gelang es ihnen, Hunderte von Perigastruloiden zu erzeugen.

„Die Stärke dieses Modells beruht auf seiner Fähigkeit, die bemerkenswerte Selbstorganisationsfähigkeit menschlicher EPSCs mit minimalem Eingriff von außen zu nutzen“, sagt Wu.

Das Team stellt fest, dass Perigastruloide aufgrund des Ausschlusses von Trophoblasten, aus denen die Plazenta entsteht, nicht lebensfähig sind, was dazu beiträgt, die ethischen Bedenken dieser Forschung zu zerstreuen. Dieses Projekt folgte den internationalen Richtlinien für die Stammzellenforschung und wurde vom Stem Cell Oversight Committee der UT Southwestern genehmigt.